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目前，PWM整流器被廣泛運(yùn)用于風(fēng)力發(fā)電、有源電力濾波器、虛擬同步機(jī)以及列車牽引等領(lǐng)域。PWM整流器的控制方法主要包括電壓定向控制、直接功率控制、模型預(yù)測控制等。電壓定向控制通過PI控制器對電壓、電流進(jìn)行雙閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)電壓、電流的無靜差調(diào)節(jié)，但其動(dòng)態(tài)性能受到積分器的限制。直接功率控制和有限集模型預(yù)測功率控制具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，但這兩種控制方法的穩(wěn)態(tài)紋波大，且開關(guān)頻率不固定。

模型中因近似處理產(chǎn)生的誤差以及參數(shù)變化引起的擾動(dòng)會(huì)使得受控子系統(tǒng)之間存在交叉耦合，這將導(dǎo)致被控量無法準(zhǔn)確跟蹤參考值，并且在動(dòng)態(tài)過程中各個(gè)子系統(tǒng)之間的相互干擾會(huì)延遲系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院等單位的科研人員對整流器的內(nèi)、外環(huán)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種基于在線擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)募壜?lián)式無差拍控制策略（Cascaded Deadbeat Control, CDBC）。

該策略內(nèi)外環(huán)均采用了無差拍控制方式，并建立龍伯格觀測器分別對功率模型擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制以及系統(tǒng)快速響應(yīng)。在參數(shù)設(shè)計(jì)方面，采用極點(diǎn)配置方法整定觀測器增益，并引入期望周期數(shù)對電壓環(huán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外環(huán)較高匹配性。在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下，對所提控制策略進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。

圖 三電平PWM整流器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

研究結(jié)果表明，該策略通過擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦控制，穩(wěn)態(tài)時(shí)功率無靜差。同時(shí)，克服了傳統(tǒng)方法外環(huán)采用PI控制器時(shí)積分飽和導(dǎo)致的超調(diào)問題，在突加負(fù)載時(shí)具有更小的電壓降落和更快的調(diào)節(jié)時(shí)間，改善了傳統(tǒng)方法的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。

本文編自2022年第4期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于在線擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜娖絇WM整流器級聯(lián)式無差拍控制策略”，作者為余晨輝、汪鳳翔 等。