基于四象限變流器的直流側電壓抑制前饋控制研究
王兵1，2，劉凱1，2，顏偉平1，余鑫1，何孝祖1
（1 湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412007；2 湖南工業(yè)大學 電傳動控制與智能裝備湖南省重點實驗室，湖南 株洲 412007）
摘 要：四象限永磁同步電機（PMSM）變流器直流側電壓易受工況變化的影響，可能危害控制系統(tǒng)的安全運行。以永磁同步電機對拖平臺為基礎，分析四象限控制下直流側電壓波動機理，設計了一種非線性電流觀測前饋補償控制策略，來實現對被觀測電流的快速跟蹤，有效抑制電機加減速工況引起的電壓波動，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應能力和穩(wěn)定性能。MATLAB仿真驗證了該前饋補償策略的可行性。
關鍵詞：四象限變流器；永磁同步電機；直流側電壓；前饋補償；非線性電流觀測
中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2020)10-0001-07
Study on Suppressing DC Side Voltage Feed-Forward Control Based on Four-Quadrant Converter
WANG Bing1,2, LIU Kai1,2, YAN Wei-ping1, YU Xin1, HE Xiao-zu1
（1 College of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China;
2 Key Laboratory for Electric Drive Control and Intelligent Equipment of Hunan Province, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China）
Abstract: The DC side voltage of a four-quadrant permanent magnet synchronous motor(PMSM) converter is susceptible to changes in operating conditions and may endanger the safe operation of the control system. Based on the platform of PMSM, the mechanism of DC voltage fluctuation under four-quadrant control is analyzed, and a nonlinear current observation feed-forward compensation control strategy is designed to realize the fast tracking of observed current, effectively suppress the voltage fluctuation caused by motor acceleration and deceleration, and improve the dynamic response and stability of the system. The MATLAB simulation results show that the feed-forward compensation strategy is feasible and effective.
Key words: four-quadrant converter; permanent magnet synchronous motor(PMSM); DC side voltage; feed-forward compensation; non-linear current observation
參考文獻
[1] 鄧哲，周峰武，金靈輝，等. 基于超級電容儲能與自適應功率預測模型的電梯制動能量回收系統(tǒng)并網功率優(yōu)化控制[J]. 電工技術學報，2013，28(9)：205-213.
[2] 荊龍，汪至中，于冰. 四象限變流器在變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J]. 太陽能學報，2007，28(5)：549-553.
[3] 孫炳海，王劍，李永東. 回饋式級聯型變頻器PWM整流控制及其諧波分析[J]. 電工技術學報，2011，26(7)：210-215.
[4] 邱長青，黃聲華. 抑制直流母線電壓波動的四象限級聯型變頻器前饋控制策略[J]. 電網技術，2015，39(1)：69-75.
[5] 相里燕妮，楊偉，岳文開，等. 四象限脈沖整流器控制策略研究與實現[J]. 電力電子技術，2017，51(8)：92-94.
[6] 范聲芳，熊健，張凱，等. 大功率機車牽引四象限變流器解耦控制方案[J]. 中國電機工程學報，2012，32(21)：63-70.
[7] HAGIWARA M, AKAGI H. An approach to regulating the DC-link voltage of a voltage-source BTB system during power line faults[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2005，41(5)：1263-1271.
[8] 王成山，李霞林，郭力. 基于功率平衡及時滯補償相結合的雙級式變流器協(xié)調控制[J]. 中國電機工程學報，2012，32(25)：109-117.
[9] 李時杰，李耀華，陳睿. 背靠背變流系統(tǒng)中優(yōu)化前饋控制策略的研究[J]. 中國電機工程學報，2006，26(22)：74-79.
[10] 耿志清，王林，郜亞秋，等. 地鐵能量回饋變流器直流電壓波動抑制研究[J]. 電力電子技術，2019，53(1)：61-64.
[11] 王兵，何孝祖，陳瀚，等. 永磁同步電機再生能量回饋分析研究[J]. 電工電氣，2019(7)：9-14.
[12] 祝寧，于海生. 基于背靠背變流器的異步電機四象限控制系統(tǒng)建模與仿真[J] . 青島大學學報( 工程技術版)，2013，28(3)：1-7.
[13] 王要強，謝海霞，秦明，等. 基于轉子磁場定向的永磁同步電機牽引控制策略[J] . 現代電子技術，2017，40(1)：129-133.
[14] 趙磊，楊輝. 電網電壓不對稱故障下并網變流器的優(yōu)化控制[J]. 微電機，2018，51(5)：52-58.
[15] 徐德鴻. 電力電子系統(tǒng)建模及控制[ M ] . 北京：機械工業(yè)出版社，2006.
[16] 曹文遠，韓民曉，謝文強，等. 基于擾動觀測器的電壓源型逆變器負載電流前饋控制及參數設計方法[J]. 電工技術學報，2020，35(4)：862-873.
[17] WANG Chengshan, LI Xialin, GUO Li, et al.A Nonlinear-Disturbance-Observer-Based DCBus Voltage Control for a Hybrid AC/DC Microgrid[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2014，29(11)：6162-6177.
