[发明专利]一种基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法

权利要求书

1.一种基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，该控制方法包括对单相五电平PWM整流器进行双闭环控制的电压外环滑模控制算法和电流内环PIR控制算法；所述电压外环滑模控制算法包括根据单相五电平PWM整流器的d-q同步旋转坐标系下的状态方程设计电压外环滑模控制器，所述电流内环PIR控制算法包括在内环PI控制器上并联若干个准谐振控制器构成多PIR控制器；所述基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法具体包括以下步骤：

S1：根据基于耦合电感的单相五电平PWM整流器拓扑，通过开关函数定义，建立与之对应的数学模型：

其中，u_s、i_s分别为单相五电平PWM网侧的电压、电流值，L_s为单相五电平PWM网侧等效电感，R_s为单相五电平PWM网侧等效电阻，u_ad为单相五电平PWM整流器输入端电压值，u_dc为单相五电平PWM整流器直流侧负载的电压，i_dc为单相五电平PWM整流器直流侧负载的电流，S_i为定义的单相五电平PWM整流器电路开关状态函数；

S2：根据步骤S1中基于耦合电感的单相五电平PWM整流器的数学模型，将其转换到d-q同步旋转坐标系下，得到基于耦合电感的单相五电平PWM整流器d-q同步旋转坐标系下的状态方程为：

其中，u_d、u_q分别为单相五电平PWM整流器网侧电压的d、q轴分量，i_d、i_q分别为单相五电平PWM整流器网侧电流的d、q轴分量，u_add、u_adq分别为单相五电平PWM整流器输入端电压d、q轴分量，S_d、S_q为单相五电平PWM整流器系统开关函数S_i转换到d-q坐标系下的变量；

S3：根据基于耦合电感的单相五电平PWM整流器d-q同步旋转坐标系下的状态方程设计单相五电平PWM整流器的电压外环滑模控制器，选择u_dc、i_q为输出变量；设：

选取滑模面为：

其中，β为滑模控制反馈系数；

所述电压外环滑模控制器的滑模控制率为：

整流器系统稳态时有即则可得电流内环指令电流为：

S4：采用PI控制器并联谐振控制器构成PIR控制器，为降低网侧电流THD，在内环控制设计中采用若干个准谐振控制器并联，构成多PIR控制器，从而完成电流内环PIR控制器设计，在d-q坐标系下将PI控制器替换为PIR控制器，可得电流内环控制方程为：

S5：将得到的d轴电压指令信号u_add和q轴电压指令信号u_adq进行由同步旋转坐标系到静止坐标系的变换，得到调制波信号，送入调制模块产生PWM信号波，完成基于耦合电感的单相五电平PWM整流器的控制。

2.根据权利要求1所述基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，所述基于耦合电感的单相五电平PWM整流器包括六个开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6，一个耦合电感M；所述开关管S1和S2串联后构成第一桥臂，所述开关管S3和S4串联后构成第二桥臂，所述开关管S5和S6串联后构成第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂构成相互并联的桥式结构，所述耦合电感M的两端L_b、L_c分别接入第二桥臂S3和S4、第三桥臂S5和S6的中间位置。

3.根据权利要求2所述基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，所述单相五电平PWM整流器在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型，其中内环控制设计中采用两个准谐振控制器并联，所述电压外环滑模控制器中控制反馈系数β＝0.0045，谐振控制器截至频率为ω_c＝5rad/s，所述两个准谐振控制器的仿真参数相同。

4.根据权利要求3所述基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法，其特征在于，所述网侧电压u_s＝310V，等效输入电感L_s＝3.5mH，等效电阻R_s＝0.05Ω，耦合电感M的两端L_b＝L_c＝3mH。