在VSR 的双环控制方式中,电压外环仅需直流电压恒定,控制比较容易,一般采用PI 算法即可,但电流外环需要输出稳定高质量的正弦波电流且与公共电网同压、同频、同相位,控制比较困难,因此提出的控制算法很多。按照电流内环的控制方式不同,VSR 控制方式可分为传统的线性/非线性控制、现代的非线性控制和智能控制3 大类。
传统的线性/非线性控制方法
在交流小信号分析时,整流器被视为一个线性系统,可用成熟的线性控制理论的方法研究;由于整流器本质上是一个强非线性的动态系统,采用非线性控制技术才能使系统对参数变化和外来扰动具有鲁棒性和适应性。下面介绍几种传统的线性/非线性控制方法。
(1) 滞环电流控制。它是由Thomas A F. 在1967 年首次提出,并在电流内环采用这种滞环电流控制方式。双闭环系统将外环PI 调节器的输出分别乘以与相电压同相位的正弦电压,得到一个指令正弦电流,将它与实际检测到的交流电流进行比较,两者的偏差作为滞环比较器的输入,通过滞环比较器产生控制主电路中开关通断的PWM 信号,该PWM 信号经驱动电路控制并网逆变器的相应开关器件通断,使实际电流追踪指定的电流的变化。滞环电流比较器集电流控制与PWM 产生于一体,它兼有电流控制器和PWM 产生作用。
(2) 三角载波比较法的控制。它是由WuRusong 等在1990 年提出,它采用由时钟定时控制的比较器代替滞环比较器,它是将指令电流与实际输出电流进行比较,两者的电流偏差通过PI 调节后再与一个固定频率的三角载波比较,以产生PWM信号,因而实现固定的逆变器开关频率。
(3) 静态PID 控制及其改进。PID 控制是通过比例、积分、微分算法来实现对被控对象的控制。由于其算法简单成熟、鲁棒性和可靠性较高、控制效果良好,因此,已广泛应用于PWM 整流器控制,在三相静止abc坐标系下需要采用三个PID控制器。
(4) 同步矢量PID控制。
为克服上面控制方法存在静差的缺点,目前整流器的内环一般都采用同步旋转pq坐标系下PI控制。先将三相静止坐标系的量转换成为两相旋转坐标量,这样可把对交流量的控制转变成对直流量的控制,然后采用两个PID运算,最后反变换转换为各相的控制量。该控制可分为基于电压定向(VOC)和基于虚拟磁链定向(VFOC)两种控制策略,其中VOC具有直接电流控制的动态响应快、稳态性能好、自身有限流保护能力等优点,还可以消除电流稳态误差,达到单位功率因数,因此应用十分广泛;VFOC虽然其算法复杂,但输入侧省去了电流传感器,控制回路中省去了两个电流调节器,简化了电路结构,优化了系统性能,具有良好的动态性能和高的功率因数。