[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

说明书

本发明公开了一种基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法，包括对所述单相五电平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，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，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，该方法利用滑模控制来提升单相五电平PWM整流器的抗干扰能力和鲁棒性，提高系统的动态性能，对于直流侧二次纹波造成的网侧电流中的低次谐波采用PIR控制器进行抑制，进而降低网侧输入电流谐波总谐波畸变含量。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别是一种基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的快速发展，电力电子装置功率等级不断提高，由于受到耐压等级的限制，在高压大容量的场合多电平PWM整流器受到了人们的关注。多电平PWM整流器具有提高电压等级和减小网侧电流谐波的特点，在电力机车牵引、船舶推进、不间断电源、电力系统无功补偿等领域得到了广泛的应用。基于耦合电感的单相五电平PWM整流器是一种新型的多电平整流器，相比较传统多电平整流器拓扑具有开关管个数少、不需要电容电压平衡控制等优势，具有广阔的发展前景。由于基于耦合电感的单相五电平PWM整流器具有诸多优势，对其控制策略的研究也具有着重要意义。

PWM整流器性能的优劣和其控制策略息息相关，不同的控制策略对整流器性能的影响较大。在以往的研究中，很多的多电平PWM整流器控制技术都是直接来源于传统两电平PWM整流器的控制算法，相对来说，这些PWM整流器控制技术在两电平整流器中已经成熟应用多年，经过一定的变化都可以应用到多电平整流器当中。

针对PWM整流器的控制策略，相关专家学者进行了大量的研究。主要包括有滞环电流控制、瞬态电流控制、比例谐振控制、d-q坐标系PI电流解耦控制等。其中，滞环电流控制实现简单，系统响应快速，但开关频率不固定，造成电流谐波的分布广，不利于滤波器的设计；瞬态电流控制可以固定开关频率，但由于内环采用PI控制器，会存在稳态误差；比例谐振控制能够有效消除电流稳态误差，但控制效果对网侧电压变化非常敏感；d-q坐标系PI电流解耦控制采用常规的PI控制器，实现简单，但难以满足理想的控制效果，系统的动态性能较差，难以实现电流电压的快速跟踪，且存在网侧输入电流的总谐波畸变率(THD)较大的问题。

滑模变结构控制技术是20世纪60年代，苏联学者S.v.Emelynaov和V.Utkin 等人提出的，因其具有较强的鲁棒性和抗干扰性，而且控制简单易于实现，在很多工程领域得到应用。国内外学者将PI控制器并联谐振控制器的方法进行研究，作为一种新的PIR控制器，用于逆变器控制当中能够有效降低电网电压畸变时出现的扰动状况。这两种技术应用虽然广泛，但在多电平整流器控制当中仍需进一步研究。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于耦合电感的五电平整流器滑模 PIR控制方法，该方法以基于耦合电感的单相五电平PWM整流器为研究对象，利用滑模控制来提升单相五电平PWM整流器的抗干扰能力和鲁棒性，提高系统的动态性能，对于直流侧二次纹波造成的网侧电流中的低次谐波采用PIR 控制器进行抑制，进而降低网侧输入电流谐波总谐波畸变含量。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于耦合电感的五电平整流器滑模PIR控制方法，该控制方法包括对所述单相五电平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：