三相逆变器的电容电流滞环控制方式研究

1、收稿日期：作者简介：王家乐（），男，江苏省人，硕士研究生，主要研究方向为电力系统与风力发电技术。三相逆变器的电容电流滞环控制方式研究王家乐1，薛海芬2(1.湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082；2. 燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室，河北秦皇岛066004摘要：传统的滞环控制器都是对电感电流进行直接控制的，针对电压型双闭环控制三相逆变器在非线性负载情况下输出电压畸变较大的问题，提出了电容电流滞环控制方式。外环用普通的电压控制器，内环采用针对滤波电容的电流滞环控制方式，利用滞环控制的快速性和强抗扰性，提高系统的输出电压的特性。首先分析了三相逆变器的模型，然后详细介绍了电

2、容电流滞环控制控制策略。仿真证明这种控制方法可以有效解决非线性负载引起的电压畸变问题。关键词：三相逆变器；电容电流滞环；双闭环控制中图分类号：文献标识码：文章编号：（）Research on hysteresis control of capacitor s current of three-phaseinverterWANG Jia-le 1, XUE Hai-fen 2(1.Electrical and Information Engineering, College of Hunan University, Changsha Hunan 410082, China; 2. Key Lab

3、oratory of Power Electronics Energy Saving and Transmission Control in Hebei Province, Yanshan University, Qinghuangdao Hebei 066004, China：，：；为了提高三相逆变器带各种负载的能力和输出波形的质量，产生了诸多的控制方式，如电容电压电感电流双闭环PI 控制、重复控制、无差拍控制等。滞环电流控制技术控制方式简单，而且有很好的快速性和鲁棒性，受电路杂散参数的影响很小1。如果采用本文所提出的电容电流滞环的方式作为双闭环控制三相逆变器的内环，则输出电压不会有导通管压

4、降引起的直流电压分量的影响，而且对于三相三桥逆变器如果直接控制了滤波电容器的电流，则电容器两端的电压(也就是输出电压 就被很好的控制了，这就可以大大提高逆变器快速性和稳定性，提高其抑制非线性负载和非平衡负载的能力。引入电压空间矢量可以克服传统滞环控制技术缺少相间配合的缺点，零矢量的引入可以降低滞环控制的开关频率2。本文介绍了三相逆变器的模型，结合三相逆变器的模型又给出了基于电容电流滞环控制的双闭环控制三相逆变器的结构。三相三桥臂逆变器的数学模型及其传统控制方式三相逆变器的结构如图1所示。其中L f 和C f 分别是滤波电感和电容，r 是表示电感的线路小电阻，Z load 是逆变器的负载。由图可

5、知：(1图三相逆变器的结构 研究与设计式中：i =a , b , c ，分别指a , b , c 相，v ki 是滤波前的逆变器输出电压。经地Park 变换后(1式在旋转坐标系下的表达形式如式(2：(2三相三桥臂逆变器在dq 旋转坐标系下的等效结构图如图2中虚线框内所示3。传统的三相逆变器的控制方式一般采用电容电压外环电感电流内环的双闭环控制方式，由于三相逆变器在dq 旋转坐标系下是耦合的，所以双闭环控制方式又分为解耦控制方式和不解耦的控制方式4，解耦与否并不影响逆变器的稳态输出，只是解耦的话可以增加系统的响应速度，减小PI 调节器的调节时间。不解耦时的工作原理是：输出电压与给定参考电压比较后

6、再经PI 调节后作为电流内环的参考值，该电流参考值与反馈电流比较，再经过PI 调节后输出与三角波比较，产生驱动信号驱动逆变器。其中解耦控制方式的结构图如图2所示5。图三相逆变器双闭环控制结构框图基于的电容电流双滞环控制方式对于如图1所示的三相逆变器，若用0和1表示桥臂的开关状态，其中1表示上桥臂导通，下桥臂关断；0表示上桥臂关断，下桥臂导通，则共有8种开关状态，对应8个电压空间矢量，此处用表示逆变桥输出的空间电压矢量6。则由图1可知下式成立：(3(4其中“”表示对应的空间矢量。由(3(4两式可得：(5如果给定的电容电流参考值为，则误差量为，所以(5式可以变为如下形式：(6我们可以认为，只有当三

7、相逆变器的输出电压矢量为时，才能使得输出的电容电流为给定值，即有：(7将(7式代入(6 式就可以得到式(8：(8由式(8可以看出电容电流滞环控制可以采用和文献1中的电感电流滞环控制类似的控制方式，由式(8可知，只要8个空间矢量中选择一个合适的矢量，使得的方向与的方向相反，就可以使误差电流减小，此处采用了双电流滞环控制方式，外环的宽度为B ，通过“如果判错就自动更正”的原则来检测的位置，窄环宽度为b ，用来限制电流的误差大小。所在的6个区域如图4所示。为了减小输出电流的纹波，选取和所在区域相临的四个空间矢量为输出矢量，例如:如果在区域1，则可以从、和零矢量中选择控制量，再根据的位置就可以确定，零

8、矢量和的选择要依据前一个开关组合的状态按照开关动作最少的原则来选取。设B 1、B 2、B 3分别为宽环的输出，b 1、b 2、b 3为窄环的输出，b 1、b 2和b 3的值就确定了误差电容电流在坐标系中的位置。整体控制框图如图3所示。图4为矢量分区。ÁVÁÁi ÁÁÁÁi i i ? ÁÁÂÃÄÅd d d d ÁÂÃÄÁi L V V L V t Z t ? ÁÁi ÁÁV

9、Ád d ÁÂÃÂi L V V t?ÁV d d ÁÂi L t ?Ái ?Ái ? ÁÁVÁÁVÁÁVÁÁVÁV ÁV 6V ÁV Ái ? ÁV 0V7V 研究与设计仿真分析图5的上面是在整流性负载的情况下用电容电流滞环控制方式时的输出电压波形，并且将其中的一个开关管导通电阻为100，其余导通电阻仅为0.001，可以看出在稳定状态下输出波形基本没有畸变，也没因导

10、通管压降的巨大差异而发生偏移。负载电流的波形如图6所示。而图5的下面是用传统的电压电流双闭环控制方式下接入整流性负载时的输出电压波形，从图中可以看出电容电流滞环控制方式适应负载的能力更强。结论本文针对三相逆变器在传统的双闭环控制方式下负载适应能力差的问题，提出采用基于SVM 的电容电流滞环控制方式，系统的控制方法简单，抗干扰能力强，响应速度快，可以带非线性负载。参考文献：1TILLIA A, TONIELLI L. Sequential design of hysteresis currentcontroller for three-phase inverter J.IEEE Trans on

11、 Industrial Electronics, 1998, 45(5:771-781.2ZHANG Y, LI P, DUAN S, et al. The dynamic model of three-phase inverters with magnetic couples C.Taiwan:Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON,2007:380-385.3KWON B H,MIN B D, YOUM J H.An improved space-vector-based hysteresis current controller J.IEEE Trans on Industrial Elec-tronics, 1998, 45(5:752-760. 4邓醉杰，王辉，徐锋，等. 三相电压型PWM 逆变器双闭环控制策略研究J.防爆电机，2007(1:11-14.5LEE D C,KIM Y S.Control of single-phase-