PDF《电流控制策略》

harmonic suppression 电源学报Journal of Power Supply Vol.15 No.5 Sept.

2017 第15 卷第5期2017 年9月第5期图1有源滤波器工作原理 Fig.1 Working principle of APF 目前,APF 的电流控制策略主要有无差拍控 制、重复控制、滞环控制、滑模变结构控制等. 其中, 无差拍控制策略[3] 通过状态反馈使指令电流在下一 周期结束时跟踪参考值,其控制电路简单、易于数 字实现,但其固有的计算延时会影响电流跟踪响应 性能;

重复控制策略[4] 利用指令电流的重复性逐个 周期修正输出信号,消除系统误差,由于要求误差 为周期信号,故主要应用于负载电流为周期性变化 的场合;

滞环控制策略[5鄄6] 根据电流误差是否在环宽 之内来确定 APF 主电路中开关管的导通逻辑,虽 控制简单、电流响应快、应用较广,但仍受限于半导 体器件开关方式单

一、不同工作模式下环宽计算无 统一的数学模型,从而导致其控制精度及动态性能 在某些应用场合不理想;

滑模变结构控制策略[7鄄12] 通 过控制系统在既定轨迹上做小幅、高频的上下运动 来实现补偿电流对指令电流的快速跟踪, 可根据 APF 工作状态进行实时调整. 显然,针对在不同工 况下牵引变流器及其负载对牵引网呈现的典型时 变非线性负荷特性,以及网侧谐波抑制对实时补偿 以及动态响应等性能的较高要求,滑模控制策略较 其他方法更适用于牵引变流器网侧电流跟踪控制. 但在实际应用中现有方法其动态响应性能及控制 精度还需进一步提升, 同时为达到更好的控制效 果,在实际滑模控制过程中还需对其固有的抖振问 题进行相应的算法优化,以解决由此而给控制系统 带来的不稳定性. 本文以动车组牵引变流器网侧 APF 为研究对 象,基于滑模变结构控制原理从限制控制系统抖振 幅度大小的角度出发,改进设计了对滑模切换面函 数及控制函数,优化了电流跟踪控制策略,并仿真 验证了本控制策略在网侧电流谐波抑制效果以及 补偿电流跟踪控制精度方面的有效性.

1 牵引变流器网侧 APF 原理、 拓扑 结构及其数学模型 1.1 APF 工作原理 有源滤波器 APF 是一种能够动态抑制谐波和 补偿无功的电力电子装置, 其工作原理如图

1 所示. 其中,谐波检测模块主要检测负载电流 iL 中的 谐波分量 ih,并将其作为补偿电流指令值 i* c,电流跟 踪控制模块通过动态跟踪指令电流 i* c 而产生与谐 波电流大小相等、方向相反的补偿电流,从而实现 对网侧电流 is 的谐波补偿与抑制. 1.2 APF 拓扑结构 牵引变流器网侧 APF 主电路拓扑结构如图

2 所示.其中,APF 采用单相全桥式拓扑结构,分为 a、 b 两相. 每相的上下桥臂均采用 IGBT 功率开关器 件,每相桥臂的

2 个IGBT 开关序列互补导通. L 为APF 主电路的储能电感,其决定了补偿电流 ic 的变 化;

R 为APF 线路等效电阻;

es 为牵引变压器二次 侧电压;

Ls 和Rs 为牵引变流器线路等效电感和等 效电阻;

Udc 为APF 直流侧电容两端电压. 1.3 APF 数学模型 假设 a、b 两相的开关函数 Sa(b)为Sa(b) =

1 上桥臂导通,下桥臂关断

0 下桥臂导通,上桥臂关 关断es is iL APF 主电路 非线性负载 (谐波源) 谐波检测 驱动电路 电流跟踪 控制 i* c ic 图2APF 拓扑结构 Fig.2 Topology of APF es Rs Ls C M R Ta1 Tb1 Ta2 Tb2 a b Udc APF 主电路 网侧变流器 电机侧变流器 牵引电机 L 朱琴跃,等:基于滑模控制的牵引变流器网侧有源滤波器电流控制策略