發布日期：2022-04-26 點擊率：95
關鍵詞： 風電變流器 電流環控制
摘要：滯環控制是一種應用很廣泛的閉環電流跟著控制方法，通常以響應速度快和結構簡單而著稱。傳統滯環電流采用模擬器件實現的方式，即采用硬件電路設計滯環比較器，其滯環寬度固定，但開關頻率不固定，高低懸殊，有時會出現很窄的脈沖和很大的電流尖峰，且最高頻率難以控制，易超過器件開關頻率的上限。本文通過對滯環比較器的控制原理和開關頻率的分析，在原有控制的基礎上，結合軟件和硬件資源，設計了一種新型的可變帶寬、固定頻率的滯環電流控制方式。經廠內測試以及工程應用，性能均優于原有的滯環控制器。
第一章技術背景
滯環控制以響應速度快和結構簡單而著稱，是一種應用很廣泛的閉環電流跟蹤控制方法。在各種變流器控制系統中，滯環控制單元一般同時兼有兩種職能，一是作為閉環電流調節器，二是起著PWM調節器的作用，即將電流參考信號轉換為相應的開關指令信號，控制功率器件的導通和關閉。
傳統滯環電流采用模擬器件實現的方式，即采用硬件電路設計滯環比較器，其滯環寬度固定，但開關頻率不固定，高低懸殊，有時會出現很窄的脈沖和很大的電流尖峰，且最高頻率難以控制，易超過器件開關頻率的上限。
從整體上說，這種滯環比較器回差值固定，調節時需要變動電路中的元件參數，不利于電路的優化運行。
在此基礎上，我司變流器控制系統目前采用雙環控制，外環為電壓環，內環為電流環，外環采用PI控制策略，將電壓環PI出來的有功電流信號id和無功電流信號iq經過反dq變換生成電流給定值，再直接下發到硬件控制板，通過硬件滯環比較的方式來實現PWM波的生成。
第二章電流環控制優化設計
2.1 控制原理分析
一般情況下，滯環比較器均采用對稱方式。如圖1所示。
h為對稱滯環比較器的滯環寬度絕對值，當error>h時，輸出PWM=1，變換器輸出電壓U0=Ud，負載電流Ig上升；當error<-h時，輸出pwm=0，變換器輸出電壓u0=-ud，負載電流ig下降。依此反復，便實現了對輸出負載電流ig的跟蹤控制，使其跟隨指令電流ir，誤差值|error|=|ir-ig|<=h。由于上下比較閥值相等，因此在每個開關周期內，平均跟蹤誤差都為零。其中，ud為逆變母線電壓正極對地電壓。
2.2 開關頻率分析
風電變流器簡易工作電路圖如圖2所示。
在某一個開關周期內，電流變化狀態如圖1所示，如果開關周期足夠小，則有下式：
其中，Tp為電流上升時間，Tn為電流下降時間，Ud為逆變母線電壓正極對地電壓，e為網側電壓，L為網側電抗值。
在滯環帶寬h固定的時候，開關頻率會隨著電網相電壓U0的變化而變化。U0過零點附近時，開關頻率變高；在幅值附近時，開關頻率變低。例如Ud=530V，電網側線電壓U0=620V，電感L=250uH，滯環h=50A，那開關頻率會從10600Hz到930Hz變動。而實際上在電路設計中為了避免帶寬為零時對IGBT器件造成損壞，對滯環帶寬進行了限值，最小值在A，所以實際運行中開關頻率在變動。
帶寬頻率不固定，對電力器件的工作頻率提出很高的要求，根據公式（7）可以推出，如果要固定頻率，則滯環寬度h要變化，即：
根據公式（8），例如直流母線電壓Ud=530V，L=250uH，確定開關頻率為4kHz，網側電壓幅值為506V（對應620V線電壓），則對A相電壓來說，相應的帶寬
此種方式可以通過軟件程序實現。
2.3 改進技術方案的電路設計
數字量信號電流給定值、帶寬值經DA芯片轉換為模擬量信號，與采樣電流信號經過比較運算，生成PWM調制信號；其波形變化圖如圖3所示。
圖中，反饋電流疊加實時帶寬與給定電流進行比較后，輸出PWM信號。實時帶寬=正帶寬（0）或負帶寬（1），也就是：當PMW信號為0時，實時帶寬=正帶寬；當PWM信號為1時，實時帶寬為負帶寬，如：當帶寬給定為-5A，反饋電流為0A，給定電流為100A時，開始時PWM必為1，此時反饋開關信號控制實時帶寬輸出為負帶寬，反饋電流從0A不斷增大；當反饋電流為105A時，加法器輸出電流為反饋電流加上負帶寬后，其大小為100A，此時達到給定電流100A，比較器輸出切換為0，實時帶寬為正帶寬，反饋電流從105A逐漸減小；當反饋電流為95A時，加法器輸出電流為反饋電流加上正帶寬后，其大小為100A，此時達到給定電流100A，比較器輸出切換為1。這樣一直工作下去，反饋電流就在95A與105A來回變動。通過修改帶寬給定值的大小，就可以實現可調帶寬功能，此控制器稱為“可調帶環寬滯環控制器”，其工作原理圖如圖4所示。
第三章結束語
可調帶環寬滯環控制器電路設計簡單，可以節約軟件控制的資源，滿足前端Boost電路控制的開關頻率要求；對被控對象及電路參數變化不敏感，可以抑制系統中的部分干擾；滯環帶寬可控。經廠內測試以及工程應用驗證，性能均優于原有的滯環控制器。
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