基于电压前馈解耦控制的三相VSR的仿真研究

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1、基于电压前馈解耦控制的三相VSR的仿真研究摘要：从三相电压型整流器在三相静止坐标系中的数学模型，导出其在两相旋转坐标系的数学模型，并在此基础上引入了基于电网电压前馈解耦的三相PWM整流器控制系统。在MATLAB的SIMULINK环境下建立了本文所讨论系统的仿真模型。仿真结果表明，基于前馈解耦的系统具有动态响应快，抗扰性能好的特点。关键词：前馈解耦；空间矢量；PWM整流器TheSimulationResearchonThree-PhaseVoltageSourceRectifierBasedonFeedforwardDecouplingControlAbstra

2、ct:Thesystemmodelofthethree-PhaseVSRunderthethree-phasestaticcoordinateaxisisgiven.Fromit,themathematicalmodelundertherotatingcoordinateaxisisderived.Then,thefeedforwarddecouplingcontrolmethodisintroducedtocontrolthethree-phaseVSR.Thesimulationmodelofthesystemdiscussedinthepaperises

3、tablishedintheSimulinkenvironmentoftheMATLABsoftware.ThesimulationresultsshowthatthePWMRectifierunderthefeed-forwarddecouplingcontrolmethodhasfastdynamicresponseandgoodperformanceindisturbancerejectionoftheload.Keywords:feedforwarddecoupling;SVPWM;PWMrectifier1引言传统的晶闸管相控整流及二极管无控整流，不

4、但功率因数低，还给电网带来了谐波的危害。自从在整流技术中引入PWM控制后，PWM整流技术因其具有功率因数可控、网侧电流趋于正弦化、能量双向流动等优点，受到了越来越多的关注。由于三相电压型PWM整流器是一个时变非线性耦合系统，对其控制比较复杂。单纯对整流器ABC三相进行独立控制，而不考虑彼此间的耦合，所设计的系统很难有好的性能。本文首先引出了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型，接着引出了两相旋转坐标系下的数学模型，并在此基础上引入了电网电压的前馈解耦控制算法；最后讨论了VSR的空间电压矢量控制技术，并在MATLAB的SIMULINK环境下，对所讨

5、论算法进行了仿真验证。2三相VSR模型的建立图1为三相VSR的主电路图。Ea,Eb,Ec是电网电动势，ia(t),ib(t),ic(t)是PWM整流器的三相电流，La,Lb,Lc电网电动势与整流器交流侧的连接电感，Idc，Vdc，IL分别为整流器直流侧电流，电压及负载电流。假定电网电压三相对称，根据基尔霍夫定律，可列出三相PWM整流器在三相静止坐标系下开关函数模型为［1］：图1三相VSR的主电路Fig.1Themaincircuitofthree-phaseVSR（1）上式中，假定电网电动势三相对称，因而有成立。建立在三相静止对称坐标系中的VSR数学模型，物理

6、意义清楚，但在这种模型中VSR交流侧均为时变交流量，不利于控制系统的设计。为此可考虑通过坐标变换将三相静止对称坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的d-q坐标系。这样经过坐标变换后，三相静止对称坐标系中的基波正弦变量将转化为同步旋转坐标系中的直流分量，可以简化设计。对上式进行坐标变换后，可能得出三相VSR开关函数模型在dq同步旋转坐标系中的表达式如下：(2)(3)(4)其中：为电网电动势矢量在d，q轴上的分量；为网侧电流矢量的d，q轴分量；为开关函数对应的d，q轴分量，令，。观察式（3）、式（4）可知，三相VSR在两相同步旋转坐标系（d,q）中，是相互耦合的，一

7、相的变化将会带来另一相的变化，这给控制器的设计带来了麻烦。3PWM整流器的前馈解耦控制算法采用前馈解耦控制策略［1］，当电流调节器采用PI调节器时，则、的控制方程如下：(5)(6)式中，、为电流内环比例调节增益和积分调节增益，、为电流指令值。化简后可得:(7)式（7）表明，基于前馈解耦的控制算法使三相VSR电流内环实现了解耦控制，控制结构框图如图2所示。图2解耦控制框图Fig.2Thediagramofdecouplingcontrol4解耦算法的单位功率因数控制的实现在坐标变换中，规定d轴与电网电动势矢量E重合，q轴滞后电动势矢量E90度。这样，电流矢量I在

8、d、q轴上的投影分别为PWM整流器有功