基于改进型PR调节器的三相PWM整流器控制.pdf

### 基于改进型PR调节器的三相PWM整流器控制 #### 一、引言 在电力电子技术领域，三相PWM整流器因其高效、灵活的特性，在工业自动化、新能源发电等多个领域得到广泛应用。传统的控制系统设计通常基于两相旋转坐标系下的数学模型，但这种方法存在电流矢量dq分量难以完全解耦的问题，限制了控制性能的提升。针对此问题，本文提出了一种新的控制策略——基于改进型PR调节器的三相PWM整流器控制方案，该方案不仅能够实现电流矢量αβ分量的有效解耦控制，还通过采用改进型PR调节器替代传统的PI调节器来提高系统的抗干扰能力和稳定性。 #### 二、改进型PR调节器的原理 ##### 1. 传统PR调节器原理 传统PR调节器的传递函数定义为： \[ G_1(s) = \frac{2K_r}{s^2 + \omega_0^2} \] 其中，\(\omega_0\) 表示谐振频率，在本研究中为电网频率50Hz；\(K_r\) 是比例系数。图1展示了当\(K_r = 1\) 和 \(\omega_0 = 100\pi\) 时的传统PR调节器的Bode图。从图中可以看出，传统PR调节器在谐振频率\(\omega_0\) 附近具有非常高的增益，这对于特定频率的信号可以实现无静差跟踪。但是，它对远离谐振频率的信号衰减作用明显，这可能会导致系统对外界干扰的敏感性增加。 ##### 2. 改进型PR调节器原理 改进型PR调节器旨在克服传统PR调节器的局限性，通过适当降低给定频率附近的增益并增加带宽来增强系统的抗干扰能力。改进后的调节器能够在保持谐振频率处的高增益的同时，确保系统的整体稳定性。 改进型PR调节器的传递函数可以通过引入一个附加的零点来实现，具体形式可以表示为： \[ G_{improved}(s) = \frac{2K_r (s + \omega_z)}{(s^2 + \omega_0^2)} \] 其中，\(\omega_z\) 是新增的零点位置，用以调整系统的响应特性和稳定性。这种改进使得调节器在保持对特定频率信号的高精度跟踪的同时，还能有效抑制其他频率的信号，从而提高了整个控制系统的鲁棒性和适应性。 #### 三、三相PWM整流器的控制策略 ##### 1. 控制目标 控制目标是在保证单位功率因数运行的前提下，实现网侧电流的正弦化以及能量的双向流动。同时，为了提高控制性能，本文采用了基于两相静止坐标系下电流矢量αβ分量的解耦控制方法，这种方法相较于传统的基于两相旋转坐标系下的控制策略，可以更有效地解决电流矢量dq分量控制未完全解耦的问题。 ##### 2. 控制方案 控制方案主要包括两个方面： - **电流矢量αβ分量的解耦控制**：利用两相静止坐标系下的数学模型，将电流矢量分解为αβ两个独立分量，分别进行控制，以实现电流矢量的有效解耦。 - **改进型PR调节器的应用**：使用改进型PR调节器代替传统的PI调节器，以提高系统的稳定性和抗干扰能力。改进型PR调节器通过对给定频率附近的增益进行适当调整，并通过增加带宽来增强系统的抗干扰能力。 #### 四、仿真验证 为了验证提出的控制策略的有效性，进行了Matlab/Simulink仿真分析。仿真结果表明，该方法不仅可以实现电流矢量αβ分量的有效解耦控制，而且改进型PR调节器能够有效抑制低次谐波和高次谐波，显著提高了系统的控制性能。 #### 五、结论 本文提出了一种基于改进型PR调节器的三相PWM整流器控制策略，通过电流矢量αβ分量的解耦控制和改进型PR调节器的应用，解决了传统控制方法中存在的问题，提高了系统的控制性能和稳定性。此外，仿真结果证明了该方法的有效性和可行性，为三相PWM整流器的实际应用提供了理论依据和技术支持。