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电流源型逆变器滑模控制策略的研究Research on sliding-mode control strategies in three-phase CSI白晶,卢士祺,刘健BAI Jing,LU Shi-qi,LIU Jian(北华大学 电气信息工程学院,吉林 132021)摘 要:针对三相电流源型逆变器易受非线性负载变化和外界扰动等影响,采用线性化控制技术存在 系统动态响应慢、输出波形畸变等问题,提出一种变速趋近的滑模变结构控制策略,新建了 三相电流源型逆变器的数学模型,并采用空间坐标变换对其简化,最后确定了系统滑模切换 面,推导出变速趋近控制量。最后仿真实验结果表明该控制策略能够实现较好的逆变输出波 形和较快的系统动态响应。关键词:三相电流源型逆变器;滑模控制;变速趋近;空间坐标变换中图分类号:TM464 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2014)10(下)-0031-05Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2014.10(下).08 0引言由于拓扑结构简单、短路保护可靠、便于实1三相电流源型逆变器数学模型三相电流源型逆变器的电路拓扑结构如 电流源型逆变器滑模控制策略的研究 Research on sliding-mode control strategies in three-phase CSI 白 晶,卢士祺,刘 健 BAI Jing,LU Shi-qi,LIU Jian (北华大学 电气信息工程学院,吉林 132021) 摘 要:针对三相电流源型逆变器易受非线性负载变化和外界扰动等影响,采用线性化控制技术存在 系统动态响应慢、输出波形畸变等问题,提出一种变速趋近的滑模变结构控制策略,新建了 三相电流源型逆变器的数学模型,并采用空间坐标变换对其简化,最后确定了系统滑模切换 面,推导出变速趋近控制量。最后仿真实验结果表明该控制策略能够实现较好的逆变输出波 形和较快的系统动态响应。 关键词:三相电流源型逆变器;滑模控制;变速趋近;空间坐标变换 中图分类号:TM464 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2014)10(下)-0031-05 Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2014.10(下).08 0 引言 由于拓扑结构简单、短路保护可靠、便于实 1 三相电流源型逆变器数学模型 三相电流源型逆变器的电路拓扑结构如 现再生制动和四象限运行等特点,电流源型逆变 器(CSI)在市场上的竞争力越来越强,已经在电力 拖动、超导储能、新能源发电并网等许多大功率 工业领域中得到应用 [1~6] 。然而,电流源型逆变 器的工作对象通常是一些非线性的负载,采用线 性化的控制策略-PID控制时,逆变器的动态响应 慢、稳态精度低且极易引起输出波形畸变,以致 使其无法及时准确跟踪参考电流波形。为了克服 以上问题,该文采用了一种新型的滑模变结构控 制策略。 滑模变结构控制(SMVSC)是一种基于状态空 间方程的新型非线性控制,对控制对象的数学模 型要求不高,且对参变量和外界干扰具有不敏感 性和强鲁棒性,以及良好的动态和稳态响应等优 点,因此,它逐渐地被许多的专家和学者用于对 各类电力电子变换器的控制中[4~12]。作者在文献[4] 研究了SMVSC技术在单相CSI中的应用,并采用 变速趋近方案有效减小滑模抖振的幅值。在文献 [4]的基础上,该文首次探究SMVSC在三相CSI中 的应用,并通过MATLAB仿真验证其控制的有效 性。最后结果表明,基于变速趋近的滑模变结构 控制策略具有动态响应快、输出波形好、抗干扰 能力强等优点。 图1所示,主要由电流源、6只功率开关器件 (SGCT)、滤波电容Cj以及由电感Lj和电阻Rj组 成的非线性负载等四部分构成,其中j=1,2,3,且 C1= C2=C3=C,L1= L2= L3= L,R1= R2= R3=R。 63 3 6± ± iA iL1 L1 L2 1 L3 R3 C3 6a 62 C1 图1 图题应为图的相应说明性文字 为了将直流电经过滤波电容后变换为三相平 衡对称的正弦交流电,电流源型逆变器对脉宽调 制的要求必须满足以下规则:1)直流电流Id应保 持稳定且连续;2)在任何时刻,上下桥臂有且只 [4] 有一个功率开关器件导通 。由于非线性负载(比 如电动机)的电感电流iLj及其滤波电容电压uCj是连 续可测的[5~12],电感电流的导数di /dt=(u -Ri )/L, L c L 因此可以取电感电流iLj和其导数作为系统的相变量 来描述系统。根据Kirchoff定律,三相CSI系统的 收稿日期:2014-07-16 基金项目:吉林
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