三相脈寬調制功率變換器中電流滯環控制方法的研究
王崢
（華東電網有限公司，上海200002）
摘要：在變頻凋速系統或i相脈寬調制( pwm)功率變換器等高性能工業場合，電流控制方法對整個系統性能至關重要。在動態性能要求很高的場合，電流滯環控制是最常用的一種方法。對目前常用的定環寬、基于矢量調制、自適應環寬和正弦環寬的幾種滯環控制方法進行了比較分析。比較的指標除了常用的平均開關頻率、電流頻譜和總諧波失真（thd）外，平均開關頻率和thd的乘積也作為一個重要比較指標，總結了各種方法的主要優缺點。
關鍵詞：三相脈寬調制功率變換器；電流滯環控制；開關頻率
中國分類號：tn 624文獻標識碼ia文章編號：1673-6540(2010)04-0044-05
0 引 言
傳統的三相電流滯環控制源理（見圖1）是由三相參考電流和實際電流相減得到電流誤差，然后送至滯環比較器。當任何一相的電流誤差觸及滯環邊緣，該相功率器件的開關狀態發生轉變，從而將電流誤差拉回滯環之內。與其他電流控制方法相比，傳統的滯環控制具有動態響應速度快，電流控制精度高，硬件實現簡單及控制效果對系統參數變化的魯棒性好等優點。其主要缺點是開關頻率不一匣定，電流頻譜中包含低頻分量和電流瞬時誤差可能超出滯環控制范圍等。文獻[7—8]提出了多種改進方法，它們的改進思路和效果各不相同。本文首先對這些方法進行比較，通過仿真，對定環寬、基于矢量調制、自適應環寬和正弦環寬的幾種滯環控制方法進行分析。比較的指標除常用的平均開關頻率、電流頻譜和總諧波失真（thd）外，平均開關頻率和thd的乘積也作為一個重要比較指標。根據仿真結果，最后對各種方法的主要優缺點進行了總結。
l 基于矢量調制的滯環控制方法
在傳統三相滯環控制中，每一相采用單獨的滯環控制器，對各相電流的控制僅通過改變該相開關器件狀態實現。事實上，相電流除r受該相開關狀態決定外，還受其他二相的開關狀態影響。因此，傳統方法并不能達到理想的控制效果。為解決這一問題，文獻[12，13 -17]將矢量調制的概念引入到滯環控制中，通過對三相開關狀態的整體選擇，將電流誤差矢量控制在期望的誤差限之內。
kazmierkowski等h引提出了一種靜止α-β坐標系下的基于空間矢量的電流滯環控制方法。檢測到的電流經坐標變換后與參考值相比，結果送至三電平滯環比較器，輸出dα、dβ、產生9種組合扶態。當dα、dβ均為+l或1時，可通過固化在eprom中的開關狀態選擇表****確定一種輸出開關狀態；當dα、dβ均為0時，輸出零電壓矢量；當dα、dβ有一個為0時，輸出開關狀態由非零相決定，這時可能有多個開關狀態滿足要求。當多個開關狀態滿足要求時，在滿足要求的開關狀態中任意選取一個，這使得開關狀態變化存在不規律現象。另外，α-β坐標系下的參考電流是交流信號，其變化率不為o，這也使得開關狀態變化不規律。最后，從對電流誤差影響的角度看，兩個零狀態矢量完全等效，這使該方法存在進一步降低開關頻率的可能性。
為使開關狀態變化更加規律，文獻[ 12 -13]進一步提出了d-q坐標系下滯環控制方法。與α-β坐標系下的控制相比，參考電流是直流量，其變化率為0，這使得開關狀態變化更加規律；其次通過引入同步d軸位置檢測，避免了同時存在多個開關狀態滿足要求的情況，使得開關狀態的選擇更加準確；另外，同步坐標系下的兩個電流分量在交流電機中具有特殊含義，通過合理選擇d-q軸的滯環寬度，可以在不增加開關頻率的情況下減小
機轉矩脈動。該方法并未對兩個零矢量狀態的選擇進行分析。
文獻[15]提出了另一種靜止α-β坐標系下的基子卒間矢量的滯環控制方法，并首次將電流誤差變化率矢量的概念引入滯環控制。開關狀態的選擇由電流誤差矢量和其變化率矢量共同決定。該方法****的優點在于當電流誤差矢量和其變化率矢量的方向相反時，可以不進行開關狀態的轉換，從而極大地降低了開關頻率。
文獻[ 16 -17]提出了一種靜止a-b—c坐標系下的基于空間矢量的電流滯環控制方法。該方法的基本原理與d-q坐標系下滯環控制方法相同，也是引入了電壓矢量的位置檢測模塊，只是所有的檢測都是在a-b-c坐標系下完成的。
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