三相PWM整流器因为具有在单位功率因数运行、网侧电流正弦化、能量双向传输等优点,在有源电力滤波、高压直流输电、可再生能源并网发电等领域得到了广泛应用[1]。三相PWM整流器通常采用电压电流双闭环控制策略,其中电流环的控制方法决定了系统性能的好坏。目前电流内环的控制方式有PI控制、比例谐振控制、滞环电流控制、无差拍控制等[2-9]。其中PI控制虽然控制结构简单,动态响应速度快,但是控制过程中需要进行多次坐标转换和电流内环解耦,而且内环控制器为了抑制非线性负载扰动,必须具备足够高的带宽,这些都增加了数字控制器的实现难度[3]。比例谐振控制[4]虽然不需要多次坐标变换,但是控制器设计不直接,需要经过一系列的测试。滞环电流控制[5]电流动态响应快,电压利用率高,但是存在开关频率不固定的问题,滤波器设计困难。
无差拍电流控制作为一种数字控制方式,能够实现被控电流在一个开关周期内对指令值的跟踪,能够提供快速瞬态响应和精确的电流跟踪[6]。然而,由于AD采样、数字运算、零阶保持等带来的控制延迟,使无差拍控制系统的稳定性大大降低[7]。为了得到满意的控制性能,必须精确得到PWM整流器的参数,否则将导致系统不稳定。文献[8]提出了一种基于dq轴坐标系的无差拍控制,但是这种方法需要进行电流内环解耦,并且存在无差拍的控制延迟问题。文献[9]提出了一种在下一个开关周期到来前的一小段时间内进行采样和计算的控制方法,以减小控制上的延时,但是这种方法的效果受程序执行时间的影响,应用不便。文献[10]采用了超前一拍的控制方法对电网电流进行提前一个开关周期的预测,抵消控制延时,但是预测的电流量存在误差,系统模型不精确。文献[11]提出了一种应用于单相PWM整流器的利用重复观测器减小预测电流的误差的控制方法,但该方法应用于三相PWM整流器中需要进行多次坐标转换以及电流内环解耦,而且重复观测器需要有一个工频周期的数据观测,并且参数设计需要多次试凑,可能会出现误差发散的情况。
本文对三相PWM整流器无差拍控制的原理以及无差拍控制的延迟问题进行了分析,在此基础上,提出了一种基于abc静止坐标系,利用前一开关周期的误差补偿对交流电流进行预测的改进无差拍控制方法。该方法是对静止坐标系中的电流进行处理,不需要多次坐标转换和电流内环解耦,预测精度高,易于DSP实现,可以有效改善无差拍算法的控制性能。最后进行了仿真验证,仿真结果表明了算法的有效性和正确性。