[發明專利]一種基于耦合電感的五電平整流器滑模PIR控制方法

有效

• 申請號: 202010094650.2
• 申請日: 2020-02-16
• 公開（公告）號: CN111262460B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 朱藝鋒;吳黨建;朱軍;王紅旗;荊鵬輝
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/12;H02M1/14;H02M1/42
• 代理公司: 鄭州知一智業專利代理事務所(普通合伙) 41172
• 代理人: 郜廷偉

1.一種基于耦合電感的五電平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，該控制方法包括對單相五電平PWM整流器進行雙閉環控制的電壓外環滑模控制算法和電流內環PIR控制算法；所述電壓外環滑模控制算法包括根據單相五電平PWM整流器的d-q同步旋轉坐標系下的狀態方程設計電壓外環滑模控制器，所述電流內環PIR控制算法包括在內環PI控制器上并聯若干個準諧振控制器構成多PIR控制器；所述基于耦合電感的五電平整流器滑模PIR控制方法具體包括以下步驟：

S1：根據基于耦合電感的單相五電平PWM整流器拓撲，通過開關函數定義，建立與之對應的數學模型：

其中，u_s、i_s分別為單相五電平PWM網側的電壓、電流值，L_s為單相五電平PWM網側等效電感，R_s為單相五電平PWM網側等效電阻，u_ad為單相五電平PWM整流器輸入端電壓值，u_dc為單相五電平PWM整流器直流側負載的電壓，i_dc為單相五電平PWM整流器直流側負載的電流，S_i為定義的單相五電平PWM整流器電路開關狀態函數；

S2：根據步驟S1中基于耦合電感的單相五電平PWM整流器的數學模型，將其轉換到d-q同步旋轉坐標系下，得到基于耦合電感的單相五電平PWM整流器d-q同步旋轉坐標系下的狀態方程為：

其中，u_d、u_q分別為單相五電平PWM整流器網側電壓的d、q軸分量，i_d、i_q分別為單相五電平PWM整流器網側電流的d、q軸分量，u_add、u_adq分別為單相五電平PWM整流器輸入端電壓d、q軸分量，S_d、S_q為單相五電平PWM整流器系統開關函數S_i轉換到d-q坐標系下的變量；

S3：根據基于耦合電感的單相五電平PWM整流器d-q同步旋轉坐標系下的狀態方程設計單相五電平PWM整流器的電壓外環滑模控制器，選擇u_dc、i_q為輸出變量；設：

選取滑模面為：

其中，β為滑模控制反饋系數；

所述電壓外環滑模控制器的滑模控制率為：

整流器系統穩態時有即則可得電流內環指令電流為：

S4：采用PI控制器并聯諧振控制器構成PIR控制器，為降低網側電流THD，在內環控制設計中采用若干個準諧振控制器并聯，構成多PIR控制器，從而完成電流內環PIR控制器設計，在d-q坐標系下將PI控制器替換為PIR控制器，可得電流內環控制方程為：

S5：將得到的d軸電壓指令信號u_add和q軸電壓指令信號u_adq進行由同步旋轉坐標系到靜止坐標系的變換，得到調制波信號，送入調制模塊產生PWM信號波，完成基于耦合電感的單相五電平PWM整流器的控制。

2.根據權利要求1所述基于耦合電感的五電平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，所述基于耦合電感的單相五電平PWM整流器包括六個開關管S1、S2、S3、S4、S5、S6，一個耦合電感M；所述開關管S1和S2串聯后構成第一橋臂，所述開關管S3和S4串聯后構成第二橋臂，所述開關管S5和S6串聯后構成第三橋臂，所述第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂構成相互并聯的橋式結構，所述耦合電感M的兩端L_b、L_c分別接入第二橋臂S3和S4、第三橋臂S5和S6的中間位置。

3.根據權利要求2所述基于耦合電感的五電平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，所述單相五電平PWM整流器在MATLAB/Simulink環境下搭建仿真模型，其中內環控制設計中采用兩個準諧振控制器并聯，所述電壓外環滑模控制器中控制反饋系數β＝0.0045，諧振控制器截至頻率為ω_c＝5rad/s，所述兩個準諧振控制器的仿真參數相同。

4.根據權利要求3所述基于耦合電感的五電平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，所述網側電壓u_s＝310V，等效輸入電感L_s＝3.5mH，等效電阻R_s＝0.05Ω，耦合電感M的兩端L_b＝L_c＝3mH。