自20世纪80年代开始PWM整流器研究以来,PWM整流器控制虽已取得了很多成果,但仍不完善。它的发展趋势大致可归结为以下几个方面 。
(1)新控制方法及集成控制方法研究
VSR可以采用的控制方法很多,每种控制方法都有其特点和适用场合。随着电力电了、微电了、计算机等技术的发展,采用DSP可快速实现复杂运算,一些复杂控制算法逐步得到实际应用;为使控制系统具有更高的动静态性能,应该寻找新型的控制方法或改进现有的控制方法;电VSR网侧电流控制有将固定开关频率、滞环及空问矢量控制相结合的趋势;由于很难凭借单独一种控制方法来解决实际控制系统中的众多难点问题和实现综合性的设计目标,因此,可将不同的控制方法进行“整合”集成而形成复合控制,以实现取长补短,有机融合成更有效的控制方案。
(2) PWM整流器无传感器控制研究
PWM整流器控制一般需要通过交流电压、交流电流和负载电压的三类传感器来检测交流侧的电流、电压和直流侧的电压值,有的控制方案还需负载电流传感器,实现成本较高。为了简化控制系统的结构、降低成本和安装费用,无传感器控制技术研究取消交流电压和交流电流传感器,而采用预测算法或观测器重构估算出网侧电压或者电流。
(3) PWM整流器无传感器控制技术
PWM整流器无交流电流传感器控制策略既有效克服了问接电流控制中动态性能不好的缺点,同时又可以节省价格昂贵的电流传感器,具有硬件结构简单,便于微机实现的优点。通过建立一个电流观测器来计算出网侧电流估计值,其关键部分在于开关函数的检测和输入电流指令的构造。由于该控制策略硬件成本低,因此在实际工程中有很好的应用价值。
(4)电网不平衡条件下VSR控制研究
常规PWM整流器均以三相电网是平衡的为前提,这样一旦三相电压不平衡,电压的负序分量会使整流器网侧电流和直流输出电压含有丰富的低次谐波,利用常规的电网平衡条件下的控制方法进行控制,则会降低整流器的性能,甚至产生不正常的运行状态。电网不平衡条件下电压源型整流器控制技术主要集中在整流器网侧电感及直流侧电容的设计,或者是通过控制系统本身去改善和抑制整流器输入侧的不平衡因素以及对传统数学模型的重构和控制策略的改进。通过引入正序、负序两套同步旋转坐标系的独立控制方案,在各白的同步旋转坐标系中,将正序、负序基波分量均转换成直流分量,再通过各白的控制器实现无静差控制,从而大大提高了系统的运行稳定性和鲁棒性。
(5) CSR控制研究
随着高温超导技术的应用和发展,CSR电感储能的效率得到极大的提高,功率损耗大为降低,体积、价格等方面也得到改善。因此,利用CSR实现高性能的电能输送将逐渐兴起,而其控制研究也将成为热点。电压源型整流器的控制策略大多也可应用在CSR上,但由于CSR交流侧二阶滤波结构使整流器交流侧的瞬时功率平衡表达式与电压源型整流器不同,另外,CSR交流侧弱阻尼的二阶滤波环节较之电压源型整流器的一阶环节,更易激起振荡,CSR的电流控制更为复杂。因此CSR的控制远不及电压源型整流器成熟。
(6)电网不平衡条件下CSR控制研究
在CSR中,电网电压的不平衡同样会带来电压源型整流器类似的问题。为了消除由电压不平衡产生的低次非特征谐波,可以采用增大交流侧和直流侧滤波器的尺寸、前馈补偿的方法、反馈控制法等三种方法。其中前者增大了整个装置的尺寸,降低了响应迅速;中者研究较多,但网侧功率因数不可控,网侧电流开环控制,不能有效的保证交流电流的正弦性;后者重点主要在参考指令电流的产生和电流的无差跟踪两方面,此法已用于电压源型整流器中,但在CSR中还未见报道。因此,在电网电压不平衡条件下的CSR控制策略研究仍然是一项艰巨的任务。