二阶广义积分算法在单相整流器电流解耦控制方法中的应用

中车唐山机车车辆有限公司 冀 云

二阶广义积分算法在单相整流器电流解耦控制方法中的应用

中车唐山机车车辆有限公司 冀 云

针对单相电压型PWM整流器，以提升其在网侧电压含有谐波时dq轴电流的稳态性能为研究目标，研究了一种基于二阶广义积分算法(second-order generalized integrator, SOGI)的DQ电流解耦控制策略。通过半实物仿真实验测试，对比分析了该SOGI算法与传统四分之一周期延时算法在正常网压和网压中含有谐波时各物理量的波形图，分析结果表明：与传统算法相比，SOGI算法能够获得更高精度的网侧电流虚拟分量，从而可获得较小纹波波动的dq轴电流分量；且不需要大量的存储空间。

单相PWM整流器；DQ电流解耦控制；虚拟正交分量；二阶广义积分；旋转坐标变换

0 引言

单相脉宽调制(pulse width modulation, PWM)整流器与传统二极管不控整流器和晶闸管相控整流器相比，具有能量可双向流动，单位功率因数，输入电流谐波含量小，直流侧电压稳定且鲁棒性强等优点，因而广泛应用于家庭光伏发电系统、不间断电源和铁路机车牵引等领域。

本文以单相两电平PWM整流器为研究对象，通过半实物仿真实验测试，对比分析该SOGI算法与传统四分之一周期延时算法在正常网压和网压中含有谐波时各物理量的波形图。

1 二阶广义积分算法

SOGI的优点是响应速度较快，同时可以通过改变阻尼系数对输入信号进行相应的滤波，改善系统稳态特性。SOGI的输出与输入之间的关系可以表示为：

式中 k——阻尼系数；ω——网侧电压基波角速度。

2 仿真与实验验证

为了验证所提出的基于SOGI算法的DQ电流解耦控制的有效性和正确性，本文基于DSP28335+RT-LAB的半实物实验平台对延时算法和该SOGI算法分别进行了实验对比研究。，如表1所示。图1(a)和图1(b)分别给出了两种算法在注入10%的5次谐波时网侧电压与电流、网侧电流的实际分量与虚拟分量的实验波形。

由图1(a)和图1(b)可知，当网侧电压注入10%的5次谐波时，在稳态情况下，与延时算法相比，该SOGI算法得到的网侧电流虚拟正交分量谐波含量更小，稳态性能更佳。证明采用此种算法的完整电压电流双闭环控制的有效性和正确性。

3 结论

本文以单相两电平PWM整流器为研究对象，以提升其在网侧电压谐波情况下dq轴电流的稳态性能为研究目标，针对传统四分之一基本周期延时算法引入虚拟正交分量的方法进行改进，研究了一种基于二阶广义积分算法的虚拟正交分量构造方法。并通过半实物实验结果对两种算法的控制性能进行了对比分析。

图1 网侧电压与电流、网侧电流的实际分量与虚拟分量实验波形

结果表明SOGI算法虽然在给定突变时的动态响应稍慢于延时算法，但其能够对β轴分量进行滤波，从而大大减小了网侧电压与电流虚拟正交分量的谐波含量，并且能够得到较小纹波波动的dq轴电流分量，不需要大量的存储空间，故该算法的稳态性能更佳。

[1]Busse A, Holtz J． Multiloop control of a unit power factor fast switching AC to DC converter[C]． IEEE Power Electronics Specialist Conference,1982:171-179．

[2]Electronics Specialists Conference,2002: 514-519．

[3]王晗,张建文,蔡旭．一种PWM整流器动态性能改进控制策略[J]．中国电机工程学报,2012,32:194-202．

冀云（1984—），男，河北邯郸人，工学硕士学位，工程师，主要从事轨道车辆网络控制逻辑、牵引控制等方面的研发设计工作。