摘要：针对选用惯例操控办法的PWM整流器存在动静态功能较差的问题，提出了一种PWM整流器的新式操控办法。该办法电压外环选用滑模操控，电流内环选用内模操控，结合了滑模操控和内模操控的长处，即充沛利用滑模操控的鲁棒性强、对负载的扰动具有很好适应性的长处，以及内模操控的杰出盯梢功能和较高的稳态精度，使体系具有杰出的动静态功能。以依据LCL滤波的三相电压型PWM整流器为研讨目标，对其电流内环和电压外环进行了规划与剖析，仿真和试验成果证明晰所提办法的有效性和优越性。
关键词：整流器；滤波器；内模操控；滑模操控
1 导言
电压型PWM整流器具有网侧电流为正弦、网侧功率因数可控、电能双向传输、动态功能较快等长处，因而在有源电力滤波、共同潮流操控器、超导磁能储能等许多范畴均有广泛应用。
PWM整流器最常用的操控办法是依据电网电压矢量定向的PI操控。为了得到杰出的动态功能宽和耦操控，需引进前馈补偿项，影响了操控体系的鲁棒性。因为内模操控具有杰出的盯梢功能和较高的稳态精度，在停止坐标系下不存在耦合项和前馈补偿项；滑模操控具有鲁棒性强、对负载扰动有很好的适应性的长处，因而这儿提出了一种新的PWM整流器操控战略，即电流内环选用内模操控，电压外环选用滑模操控，使体系一起具有滑模操控和内模操控的长处。
2 三相电压型PWM整流的数学模型
依据LCL滤波的三相PWM整流器的拓扑结构如图1所示。
低频时，疏忽滤波电容的作用，将网侧电感和沟通侧电感用一个等效电感来替代。三相电压型PWM整流器在两相停止坐标系下的数学模型为：
对式(1)进行两相停止到两相旋转坐标改换，可得d，q坐标系下的数学模型为：
3 操控体系规划
3．1 电流内环的规划
由式(1)的数学模型变形得到：
依据内模操控PWM整流器的电流环操控结构框图如图2所示，假如内模操控器添加一个份额增益，体系的动态功能会变得更好。
当λ=0．008时，画出电流内环的根轨道，按二阶最优原理，使体系的阻尼系数为0．707，可知份额增益K=8．34，再画出体系的波特图，由图可知体系的相角裕度γ=63．6°，截止频率fc=242 Hz，满意fn≤fc≤10fn，操控器契合规划要求，体系安稳。
3．2 电压外环的规划
为了进步电压型PWM整流器直流侧电压的动态呼应和鲁棒性，选用滑模变结构操控规划电压环。三相电压型PWM整流器在d，q坐标系下
的数学模型为式(2)，将其改写为状态方程：
由式(7)可知，PWM整流器有sd，sq两个操控量，其间sd用来操控PWM整流器直流侧电压udc，sq用来操控无功电流iq以取得希望的功率因数。关于式(7)希望输入正弦电流，且功率因数为1，输出电压为设定值，故可选取udc和iq为体系输出，则式(7)改写为：
依据式(12)来规划滑模操控器。
4 仿真和试验成果
4．1 仿真验证
在Matlab／Simulink中树立仿真模型，操控结构如图3所示，选用传统的双闭环结构，电压外环选用滑模操控，电流内环选用内模操控，仿真参数：电源电压有效值为60 V，直流侧电压为150 V，开关频率为5 kHz，直流侧滤波电容值为3 000μF，负载为30 Ω，体系的阻尼电阻为8Ω。
由整流器电网侧电压和电流仿真波形及电流频谱剖析可知，电压电流作业在单位功率因数，且网侧电流畸变很小。由整流器直流侧电压仿真波形可知，外环选用滑模操控，内环选用内模操控的操控办法比双环都选用内模操控时的调理时刻更短，动态呼应快。
图4a为突加负载时直流侧电压波形，图4b为突加电压给守时直流侧电压波形，由图可知，外环选用滑模操控，内环选用内模操控的鲁棒性最强，PI操控次之，内模操控的鲁棒性最差。图4c为突加滤波电感时直流侧电压波形，由图可知，外环选用滑模操控，内环选用内模操控对被控目标的数学模型精度要求最低，内模操控次之，PI操控对被控目标的数学模型精度要求最高，由此阐明外环选用滑模操控，内环选用内模操控的操控办法可将两种操控办法的长处结合在一起，有更好的操控作用。
4．2 试验成果
为了进一步验证以上操控办法的正确性，搭建了以TMS320F2812为操控中心的三相电压源型PWM整流器的试验渠道。体系参数与仿真共同，所得到的波形如图5所示。图5a为稳态时整流器网侧a相电压和电流试验波形，由图可见，整流器的网侧电压与电流几乎是同相位的，且正弦度很好，功率因数接近于1。图5b为突加负载时整流器直流侧电压波形，由图可见，体系的鲁棒性很强，达到了操控意图。
经过仿真和试验，证明晰外环选用滑模操控，内环选用内模操控的双闭环操控体系能够充沛结合两者的长处，具有优异的动静态功能。
5 定论
这儿提出了一种PWM整流器操控战略，即电压外环选用滑膜操控，电流内环选用内模操控，使体系不只具有滑模操控对负载扰动和体系参数漂移的杰出适应性以及杰出的快速性，并且具有内模操控对被控目标参数依耐性小、能取得杰出盯梢功能和较高稳态精度的长处，因而体系具有优异的动静态功能。仿真剖析和试验表明晰所提出办法的有效性和优越性。
