二階廣義積分算法在單相整流器電流解耦控制方法中的應用

中車唐山機車車輛有限公司 冀 云

二階廣義積分算法在單相整流器電流解耦控制方法中的應用

中車唐山機車車輛有限公司 冀 云

針對單相電壓型PWM整流器，以提升其在網側電壓含有諧波時dq軸電流的穩態性能為研究目標，研究了一種基于二階廣義積分算法(second-order generalized integrator, SOGI)的DQ電流解耦控制策略。通過半實物仿真實驗測試，對比分析了該SOGI算法與傳統四分之一周期延時算法在正常網壓和網壓中含有諧波時各物理量的波形圖，分析結果表明：與傳統算法相比，SOGI算法能夠獲得更高精度的網側電流虛擬分量，從而可獲得較小紋波波動的dq軸電流分量；且不需要大量的存儲空間。

單相PWM整流器；DQ電流解耦控制；虛擬正交分量；二階廣義積分；旋轉坐標變換

0 引言

單相脈寬調制(pulse width modulation, PWM)整流器與傳統二極管不控整流器和晶閘管相控整流器相比，具有能量可雙向流動，單位功率因數，輸入電流諧波含量小，直流側電壓穩定且魯棒性強等優點，因而廣泛應用于家庭光伏發電系統、不間斷電源和鐵路機車牽引等領域。

本文以單相兩電平PWM整流器為研究對象，通過半實物仿真實驗測試，對比分析該SOGI算法與傳統四分之一周期延時算法在正常網壓和網壓中含有諧波時各物理量的波形圖。

1 二階廣義積分算法

SOGI的優點是響應速度較快，同時可以通過改變阻尼系數對輸入信號進行相應的濾波，改善系統穩態特性。SOGI的輸出與輸入之間的關系可以表示為：

式中 k——阻尼系數；ω——網側電壓基波角速度。

2 仿真與實驗驗證

為了驗證所提出的基于SOGI算法的DQ電流解耦控制的有效性和正確性，本文基于DSP28335+RT-LAB的半實物實驗平臺對延時算法和該SOGI算法分別進行了實驗對比研究。，如表1所示。圖1(a)和圖1(b)分別給出了兩種算法在注入10%的5次諧波時網側電壓與電流、網側電流的實際分量與虛擬分量的實驗波形。

由圖1(a)和圖1(b)可知，當網側電壓注入10%的5次諧波時，在穩態情況下，與延時算法相比，該SOGI算法得到的網側電流虛擬正交分量諧波含量更小，穩態性能更佳。證明采用此種算法的完整電壓電流雙閉環控制的有效性和正確性。

3 結論

本文以單相兩電平PWM整流器為研究對象，以提升其在網側電壓諧波情況下dq軸電流的穩態性能為研究目標，針對傳統四分之一基本周期延時算法引入虛擬正交分量的方法進行改進，研究了一種基于二階廣義積分算法的虛擬正交分量構造方法。并通過半實物實驗結果對兩種算法的控制性能進行了對比分析。

圖1 網側電壓與電流、網側電流的實際分量與虛擬分量實驗波形

結果表明SOGI算法雖然在給定突變時的動態響應稍慢于延時算法，但其能夠對β軸分量進行濾波，從而大大減小了網側電壓與電流虛擬正交分量的諧波含量，并且能夠得到較小紋波波動的dq軸電流分量，不需要大量的存儲空間，故該算法的穩態性能更佳。

[1]Busse A, Holtz J． Multiloop control of a unit power factor fast switching AC to DC converter[C]． IEEE Power Electronics Specialist Conference,1982:171-179．

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[3]王晗,張建文,蔡旭．一種PWM整流器動態性能改進控制策略[J]．中國電機工程學報,2012,32:194-202．

冀云（1984—），男，河北邯鄲人，工學碩士學位，工程師，主要從事軌道車輛網絡控制邏輯、牽引控制等方面的研發設計工作。