D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.0L.018 第30卷第1期 北京科技大学学报 Vol.30 No.1 2008年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2008 采用功率内环和电压平方外环的电压型PWM整流器 王久和）尹虹仁) 张金龙)李华德) 1)北京信息工程学院，北京1001012)北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要根据电压型PWM整流器在同步旋转g坐标系中建立的整流器功率控制数学模型，基于功率前馈解耦，解决了有功 功率和无功功率互为耦合问题·为克服整流器电流控制策略、直接功率控制策略及非线性控制策略的不足，提出了采用功率 内环、直流电压平方外环电压型PWM整流器的新控制策略。由于采用直流电压平方外环，提高了整流器直流电压跟踪和功 率跟踪能力，使系统具有响应快、稳定性好，抗负载扰动能力强及结构简单的优点，给出了系统控制器的设计方法·通过正常 负载及负载扰动情况下的计算机仿真，证明了新控制策略的可行性· 关键词PWM整流器：功率前馈解耦：功率控制：电压控制 分类号TM461 Three-phase voltage-type PWM rectifiers with inner power loop and outer voltage square loop WANG Jiuhe,YIN Hongren,ZHA NG Jinlong,LI Huade2) 1)Beijing Information Technology Institute,Beijing 100101.China 2)School of Information Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The independent control of instantaneous active power and reactive power is obtained based on the power control math- ematical model of voltagetype PWM rectifiers in synchronous dq coordinates and power feedforward decoupling.In order to overcome the defects of current control strategy.direct power control strategy and nonlinear control strategy for voltage-type PW M rectifiers.a new control strategy using inner power loop and outer voltage square loop is proposed.Good tracking properties of de voltage and pow- er of voltage"type PWM rectifiers are obtained by using the new strategy.The system using the new strategy has many advantages. such as fast response.good stability.load disturbance resistance,and simpler structure.The design method for a system controller is given.The new control strategy is proved feasible by Simulink simulation under nominal load and load disturbance. KEY WORDS PWM rectifier:power feedforward decoupling:power control:voltage control PWM整流器具有网侧电流低谐波、单位功率 构，利用开关表实现功率快速跟踪，具有结构、算法 因数、能量双向流动及恒定直流电压控制等优点，实 简单，动态响应快等优点；其不足是开关频率变化、 现了电能的“绿色变换”，PWM整流器控制策略有 网侧滤波器设计困难、电流谐波相对电流控制策略 多种，国内现行的控制策略主要有直接电流控 的大，非线性控制策略中精确反馈线性化控制策 制)、直接功率控制3及非线性控制策略101). 略，虽可使非线性系统变为线性系统，用线性系统的 直接电流控制策略采用了交流电流内环、直流电压 设计方法进行系统设计，可加速系统的响应，存在的 外环控制结构，具有网侧电流动态响应快的优点：其 问题是反馈控制律复杂、存在奇异点及对参数的鲁 不足是直流电压响应较慢、抗扰性较差.直接功率 棒性差，基于Lyapunov稳定理论的控制策略可保 控制策略采用功率滞回内环、直流电压外环控制结 证系统在大范围内干扰的情况下系统稳定，并有良 好的动态性能：问题在于求得使系统既稳定响应又 收稿日期：2006-09-30修回日期：2006-11-08 快的最佳能量函数的难度很大，对此，本文根据电 基金项目：北京市教育委员会科技计划重点项目/北京市自然科学 压型PWM整流器的数学模型，建立了整流器的功 基金重点项目(KZ200710772015):北京市属市管高等学校“拔尖创 新人才计划"资助项目(2006) 率控制数学模型，提出了基于功率解耦控制的电压 作者简介：王久和(1959一)：男，教授，博士 型PWM整流器控制策略，采用了功率内环、直流电采用功率内环和电压平方外环的电压型 PWM 整流器 王久和1） 尹虹仁1） 张金龙1） 李华德2） 1） 北京信息工程学院‚北京100101 2） 北京科技大学信息工程学院‚北京100083 摘 要 根据电压型 PWM 整流器在同步旋转 dq 坐标系中建立的整流器功率控制数学模型‚基于功率前馈解耦‚解决了有功 功率和无功功率互为耦合问题．为克服整流器电流控制策略、直接功率控制策略及非线性控制策略的不足‚提出了采用功率 内环、直流电压平方外环电压型 PWM 整流器的新控制策略．由于采用直流电压平方外环‚提高了整流器直流电压跟踪和功 率跟踪能力‚使系统具有响应快、稳定性好、抗负载扰动能力强及结构简单的优点．给出了系统控制器的设计方法．通过正常 负载及负载扰动情况下的计算机仿真‚证明了新控制策略的可行性． 关键词 PWM 整流器；功率前馈解耦；功率控制；电压控制 分类号 T M461 Three-phase voltage-type PWM rectifiers with inner power loop and outer voltage square loop W A NG Jiuhe 1）‚Y IN Hongren 1）‚ZHA NG Jinlong 1）‚LI Huade 2） 1） Beijing Information Technology Institute‚Beijing100101‚China 2） School of Information Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT T he independent control of instantaneous active power and reactive power is obtained based on the power control math￾ematical model of voltage-type PWM rectifiers in synchronous dq coordinates and power feedforward decoupling．In order to overcome the defects of current control strategy‚direct power control strategy and nonlinear control strategy for voltage-type PWM rectifiers‚a new control strategy using inner power loop and outer voltage square loop is proposed．Good tracking properties of dc voltage and pow￾er of voltage-type PWM rectifiers are obtained by using the new strategy．T he system using the new strategy has many advantages‚ such as fast response‚good stability‚load disturbance resistance‚and simpler structure．T he design method for a system controller is given．T he new control strategy is proved feasible by Simulink simulation under nominal load and load disturbance． KEY WORDS PWM rectifier；power feedforward decoupling；power control；voltage control 收稿日期：2006-09-30 修回日期：2006-11-08 基金项目：北京市教育委员会科技计划重点项目／北京市自然科学 基金重点项目（KZ200710772015）；北京市属市管高等学校“拔尖创 新人才计划”资助项目（2006） 作者简介：王久和（1959—）‚男‚教授‚博士 PWM 整流器具有网侧电流低谐波、单位功率 因数、能量双向流动及恒定直流电压控制等优点‚实 现了电能的“绿色变换”．PWM 整流器控制策略有 多种‚国内现行的控制策略主要有直接电流控 制［1—2］、直接功率控制［3—9］及非线性控制策略［10—13］． 直接电流控制策略采用了交流电流内环、直流电压 外环控制结构‚具有网侧电流动态响应快的优点；其 不足是直流电压响应较慢、抗扰性较差．直接功率 控制策略采用功率滞回内环、直流电压外环控制结 构‚利用开关表实现功率快速跟踪‚具有结构、算法 简单‚动态响应快等优点；其不足是开关频率变化、 网侧滤波器设计困难、电流谐波相对电流控制策略 的大．非线性控制策略中精确反馈线性化控制策 略‚虽可使非线性系统变为线性系统‚用线性系统的 设计方法进行系统设计‚可加速系统的响应‚存在的 问题是反馈控制律复杂、存在奇异点及对参数的鲁 棒性差．基于 Lyapunov 稳定理论的控制策略可保 证系统在大范围内干扰的情况下系统稳定‚并有良 好的动态性能；问题在于求得使系统既稳定响应又 快的最佳能量函数的难度很大．对此‚本文根据电 压型 PWM 整流器的数学模型‚建立了整流器的功 率控制数学模型‚提出了基于功率解耦控制的电压 型 PWM 整流器控制策略‚采用了功率内环、直流电 第30卷 第1期 2008年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．1 Jan．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．01．018