一种三相电网电压不平衡时pwm整流器模糊滑模变结构控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子应用领域，特别设及一种整流器，具体说是电网电压不平衡 时，基于模糊算法和滑模变结构控制的电压源PWM整流器。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，出现了能量可双向流通的PWM整流器，实现能量双向 流通。其具有网侧电流正弦化、功率因数可调控、四象限运行等优点，真正实现了 "绿色电能 变换"。在电气众多领域中具有广泛应用。
[0003] 然而大多数整流器的研究均是建立在=相电网电压平衡条件下，而实际电网电压 并不是完全平衡的。电网电压不平衡时，整流器交流侧的电流会产生非线性谐波，直流侧电 压也会产生二次谐波波动，会导致VSR=相输入电流不平衡，并会加大系统的损耗使整流 器性能下降，可能发生故障保护，甚至烧毁变流装置。
[0004] 现行的电压型PWM整流器（VSR)大多采用PI控制器进行调节。其优点是控制方 法简单，技术成熟。但其抗干扰能力差、动态响应较慢，对于整流环节要求高的领域，难W满 足要求。而滑模变结构控制具有鲁棒性强、动态响应快的优点，但是变结构控制的抖振问题 会造成系统的稳定性变差。抖振问题一直制约着滑模变结构控制的发展。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是克服S相电网电压不平衡所带来的二次谐波输入电流问题，W及滑 模变结构控制控制方法的抖振问题，实现整流器=相输入电流的平衡，增强VSR的鲁棒性 和动态性能。
[0006] 为实现W上目的，本发明采用W下技术方案：
[0007] -种=相电网电压不平衡时PWM整流器模糊滑模变结构控制方法，包括W下步 骤：
[000引 SI,对电压型PWM整流器VSR直流侧电压Ud。进行采样，经PI控制器获得整流器的 额定有功功率试；
[0009]S2,对S相电网电动势e。，Gb,e。及VSR交流侧电流i。，ib，ic进行采样，经过Park 变换和陷波器进行正负序分解得到：诗、C'、耸、诗、巧、与.z,f、皆；然后巧、巧、诗，蜂与额定 功率細，編和二次谐波功率抚;、挺g列写功率矩阵；最后对功率矩阵进行广义逆矩阵计算， 得到额定电流矿、矿、矿、;
[0010]S3,电流内环采用模糊滑模变结构控制，额定电流矿矿，皆、f经变换为V 并与检测得到的整流器网侧电流i"、ip构建私巧，:餐为变量的变结构函数，进而得出 SVPWM参考空间矢量通过SVPWM算法输出VSR的开关控制信号。
[0011] 进一步，所述步骤S2还包括，列写出基波功率碱，遍与因电网电压不平衡，其负序 分量所带来的二次谐波正弦、余弦有功功率功率设置如^托^知:0，通过广义逆矩 阵变换，得到额定电流皆、於if、矿的表达式。
[0012] 进一步，所述步骤S3的模糊滑模变结构控制具体过程为：
[0013] S31，构建两相静止坐标系下的参数嘶=礙-％、雌=琪…磅，与整流器侧交流电压 V。，VpW及调节系数Uma、UmP构造滑模变结构的函数S。，Sp; (U。，Ub,U。经Clark变换得到 V。，Vp)
[0014] S32,定义穿过原点的滑模切线S，W及穿过原点并垂直于切线的直线为t，W原 点、切线S、垂直线t建立坐标轴。根据检测状态点到各坐标轴的距离分别为心。I、心PI， Lt。I、ILtPI，作为模糊控制的输入；
[0015] S33、所述模糊控制器的隶属度函数选取：
[001 引ifILsIisLSiandILjisLTithenUmisFlf
[0017] 其中，LSI为|L」的语言变量，Lr为|LJ的语言变量，Fir为Um的语言变量，LT语 言变量取PS，PL;LS语言变量取化，PS，ZE;即语言变量取ZE，PS，化；化正大，PS为正小， ZE为零；根据隶属度函数的规则、输入确定输出，其输出值是变结构控制的可调系数IV进 而通过模糊滑模变结构控制求出参考电压矢量'4
[001引S34、根据vl，v;;，用空间矢量调试技术进行调制输出。
[0019] 本发明具有W下技术效果：
[0020] 本发明利用功率的守恒原则，列写功率方程；通过对功率参数的设置，经过功率方 程矩阵的广义矩阵逆变换得到额定电流；实现单位功率因数运行和消除电网=相电压不平 衡时，带来的不平衡电流和二次谐波的影响。
[0021] 本发明利用变结构控制对于参数变化W及干扰的不敏感性W及响应速度快的性 能，提高整流器的鲁棒性系统动态响应速度W及动态性能，但变结构控制的抖振问题使系 统稳定性变差。因此本文结合模糊控制的优点，W坐标系a0下状态点距切换线的距离为 变量来调节滑模变结构控制的系数，可W有效抑制变结构控制的抖振问题。
[0022] 本发明与传统的整流器控制相比，该方法对被控对象的数学模型要求不高，整流 器抗干扰能力强且可W有效抑制变结构的抖振问题，运行稳定，易于数字化实现的特点。
[0023] 与传统控制方法相比，其不仅实现了整流器电流的平衡，还可实现增强系统鲁棒 性和响应速度的功能。
【附图说明】
[0024] 图1本发明提出的PWM整流器主电路结构图。
[00巧]图2为本发明的陷波器原理图。
[0026] 图3本发明提出的模糊滑膜变结构控制策略原理图。
[0027] 图4模糊算法的隶属度函数图；图4(a)Lg的隶属度函数；图4(b)Lt的隶属度函 数；
[002引图4(c)Um的隶属度函数。
[0029] 图5为板糊巧制总图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图、表格和实施实例对本发名作进一步阐述。
[0031] 本发明的方法的工作原理为：
[003引（1)对电压型PWM整流器VSR直流侧电压进行采样，经PI控制器获得额定有功功 率满；
[003引似对S相电网电压及VSR交流侧电流进行采样，经过Park变换后得到6d、eq、id、 iq。然后将其进行正负序分解得到e:;、巧、皆，皆，矿C、矿弓'；为了实现整流器单位功率因 数运行，W及消除直流侧的二次谐波波动，将检测到的电压和功率列写功率矩阵，并进行广 义逆矩阵计算，得到额定电流皆、怒\皆、i尸。
[0034] 做电流内环采用模糊滑模变结构控制。步骤（1)中的额定电流经过滑模变结构 控制器，状态点不断穿越切换线并沿着切换面运动到原点。同时，在a0坐标系下检测状 态点距原点的方位与距离，W距离远近为变量，通过模糊控制器的隶属度函数W及控制规 则表来调节滑模变结构控制器的系数，W此来减弱滑模变结构控制的抖振问题。最后得出 系统参考空间矢量'>心呼。通过SVPWM算法输出VSR的开关控制信号。
[0035] 如图1所示为PWM整流器的结构图，包括S相交流电源e与网侧滤波器（电感L和 电阻R串联组成）、=相整流桥W及=相整流桥两侧并联的直流电容C，W及负载町构成。 [003引图2是本发明用于正负序电动势分解的陷波器原理图。S相电网电动势e。，却，e。 经过Park变换后正序交流电动势变换为直流电动势6d，e。，而负序交流电动势变为二次谐 波电动势。运里不采用低通滤波器而采用陷波器。因为低通滤波器频带窄，在滤除二次电 动势同时会影响系统动态性能。采用陷波器只需要将陷波角频率设计为《。二2?，运样便 可将电网中的负序电动势滤除。陷波器对二次谐波W外的信号影响较小，进而改善动态性 能。
[0037] 如图3所示，所述整流器控制电路包括PI控制模块、广义逆矩阵算法模块、模糊滑 模变结构控制模块（SMC)W及SVPWM开关控制模块。通过对电网电压、整流器电流进行采 样，经计算得到诚。设置如= /，::=也.=0W及根据功率守恒所采取广义逆矩阵算法，得到控 制所需的控制电流r.矿、矿.矿;模糊滑模变结构控制器通过电流参数得到整流器的空间 电压矢量该、读，最后由PWM开关控制器输出开关动作信号。
[0038] 下面对附图3作进一步具体描述。
[0039] 1)对电压型PWM整流器VSR直流侧电压Ud。进行采样，经PI控制器获得整流器的 额定有功功率约；其计算方法为：
[0042] 2)由于电网电动势不平衡，其负序分量会产生二次谐波的功率。因此首先对=相 电网电压e。，如e。及VSR交流侧电流i。，ib，i进行采样，经过Park变换和利用陷波器进行 正负序分解得到辑、聲聲'續、皆' 塔、巧、f;利用正负序分解的电网电压竭、竭、婷、《和额 定功率试、满W及二次谐波功率列写功率