三相脈寬調(diào)制功率變換器中電流滯環(huán)控制方法的研究
王崢
（華東電網(wǎng)有限公司，上海200002）
摘要：在變頻凋速系統(tǒng)或i相脈寬調(diào)制( pwm)功率變換器等高性能工業(yè)場合，電流控制方法對整個系統(tǒng)性能至關(guān)重要。在動態(tài)性能要求很高的場合，電流滯環(huán)控制是最常用的一種方法。對目前常用的定環(huán)寬、基于矢量調(diào)制、自適應(yīng)環(huán)寬和正弦環(huán)寬的幾種滯環(huán)控制方法進行了比較分析。比較的指標(biāo)除了常用的平均開關(guān)頻率、電流頻譜和總諧波失真（thd）外，平均開關(guān)頻率和thd的乘積也作為一個重要比較指標(biāo)，總結(jié)了各種方法的主要優(yōu)缺點。
關(guān)鍵詞：三相脈寬調(diào)制功率變換器；電流滯環(huán)控制；開關(guān)頻率
中國分類號：tn 624文獻標(biāo)識碼ia文章編號：1673-6540(2010)04-0044-05
0 引 言
傳統(tǒng)的三相電流滯環(huán)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(huán)比較器。當(dāng)任何一相的電流誤差觸及滯環(huán)邊緣，該相功率器件的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而將電流誤差拉回滯環(huán)之內(nèi)。與其他電流控制方法相比，傳統(tǒng)的滯環(huán)控制具有動態(tài)響應(yīng)速度快，電流控制精度高，硬件實現(xiàn)簡單及控制效果對系統(tǒng)參數(shù)變化的魯棒性好等優(yōu)點。其主要缺點是開關(guān)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(huán)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(huán)寬、基于矢量調(diào)制、自適應(yīng)環(huán)寬和正弦環(huán)寬的幾種滯環(huán)控制方法進行分析。比較的指標(biāo)除常用的平均開關(guān)頻率、電流頻譜和總諧波失真（thd）外，平均開關(guān)頻率和thd的乘積也作為一個重要比較指標(biāo)。根據(jù)仿真結(jié)果，最后對各種方法的主要優(yōu)缺點進行了總結(jié)。
l 基于矢量調(diào)制的滯環(huán)控制方法
在傳統(tǒng)三相滯環(huán)控制中，每一相采用單獨的滯環(huán)控制器，對各相電流的控制僅通過改變該相開關(guān)器件狀態(tài)實現(xiàn)。事實上，相電流除r受該相開關(guān)狀態(tài)決定外，還受其他二相的開關(guān)狀態(tài)影響。因此，傳統(tǒng)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(diào)制的概念引入到滯環(huán)控制中，通過對三相開關(guān)狀態(tài)的整體選擇，將電流誤差矢量控制在期望的誤差限之內(nèi)。
kazmierkowski等h引提出了一種靜止α-β坐標(biāo)系下的基于空間矢量的電流滯環(huán)控制方法。檢測到的電流經(jīng)坐標(biāo)變換后與參考值相比，結(jié)果送至三電平滯環(huán)比較器，輸出dα、dβ、產(chǎn)生9種組合扶態(tài)。當(dāng)dα、dβ均為+l或1時，可通過固化在eprom中的開關(guān)狀態(tài)選擇表****確定一種輸出開關(guān)狀態(tài)；當(dāng)dα、dβ均為0時，輸出零電壓矢量；當(dāng)dα、dβ有一個為0時，輸出開關(guān)狀態(tài)由非零相決定，這時可能有多個開關(guān)狀態(tài)滿足要求。當(dāng)多個開關(guān)狀態(tài)滿足要求時，在滿足要求的開關(guān)狀態(tài)中任意選取一個，這使得開關(guān)狀態(tài)變化存在不規(guī)律現(xiàn)象。另外，α-β坐標(biāo)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(guān)狀態(tài)變化不規(guī)律。最后，從對電流誤差影響的角度看，兩個零狀態(tài)矢量完全等效，這使該方法存在進一步降低開關(guān)頻率的可能性。
為使開關(guān)狀態(tài)變化更加規(guī)律，文獻[ 12 -13]進一步提出了d-q坐標(biāo)系下滯環(huán)控制方法。與α-β坐標(biāo)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(guān)狀態(tài)變化更加規(guī)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(guān)狀態(tài)滿足要求的情況，使得開關(guān)狀態(tài)的選擇更加準(zhǔn)確；另外，同步坐標(biāo)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(huán)寬度，可以在不增加開關(guān)頻率的情況下減小
機轉(zhuǎn)矩脈動。該方法并未對兩個零矢量狀態(tài)的選擇進行分析。
文獻[15]提出了另一種靜止α-β坐標(biāo)系下的基子卒間矢量的滯環(huán)控制方法，并首次將電流誤差變化率矢量的概念引入滯環(huán)控制。開關(guān)狀態(tài)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(yōu)點在于當(dāng)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(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而極大地降低了開關(guān)頻率。
文獻[ 16 -17]提出了一種靜止a-b—c坐標(biāo)系下的基于空間矢量的電流滯環(huán)控制方法。該方法的基本原理與d-q坐標(biāo)系下滯環(huán)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(biāo)系下完成的。
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