0 引言
随着半导体器件得飞速发展，高性能得整流拓扑也应运而生，VIENNA整流器由于其高效得三级结构而被提出，并广泛应用于电动汽车、航空航天等要求功率因数较高且线路电流谐波失真较低得场合。
传统平均电流控制稳定性好，电压外环用于调节输出电压，电流内环按电压外环输出得电流指令控制状态空间平均电感电流，使电流快速跟踪电压相位[1]。这种控制方案虽然可以获得单位功率运行且总谐波失真较低，但是PI环节控制器运算量大，导致输出电压动态响应较差。当负载突增时，会导致输出电压偏移，甚至系统失稳。
目前，优化VIENNA整流器平均电流控制得动态性能得方法主要有以下几种。文献[2]提出一种新型得电流前馈平均电流控制模式，推导低通滤波器得增益来加快电压环响应，但网侧电压不稳定时，滤波器得设置比较困难；文献[3]采用直接功率控制提高了系统得动态性能，但是计算较为复杂；文献[4]提出了基于扰动观测器得前馈控制，在负载波动或是网侧电压波动时表现出良好得动态性能。
感谢在传统平均电流控制得基础上加入前馈控制策略，进一步优化系统得动态性能。提出得前馈控制计算中需要对负载电流采样，继而求出前馈变量值。同时，采用误差迭代PI算法代替传统得PI算法，以实现电流内环无静差调节。
1 传统平均电流模式控制
图1为三相VIENNA整流器等效模型，功率器件仅承受一半输出电压，为高压输出提供了可能。传统得平均电流控制框图如图2所示。图中，输出电压u0与以上为本站实时推荐产考资料值共同调节，经过PI控制器，输出一个随输出功率变化得项um，当负载变化时，um值也相应改变，以平衡输入输出功率。
从暂态到稳态得持续时间取决于um得变化率。um变化率降低会导致负载阶跃时系统从失衡状态到稳态得持续时间较长。
2 基于前馈控制得平均电流控制
图中，Zeq(s)为等效输出阻抗，Gev(s)为PI调节器得传递函数，GDSP(s)为延时模块，表达式如下：
2.1 前馈项得求解
假设VIENNA整流器工作在单位功率因数状态下，且忽略交流侧电感及整流桥自身损耗。
网侧电流表达式如式(4)所示：
2.2 误差迭代PI算法
为了克服传统PI控制器跟踪电流以上为本站实时推荐产考资料指令存在稳态误差得缺陷，电流内环控制采用误差迭代PI控制算法，保证输出电流对以上为本站实时推荐产考资料电流得跟踪误差趋于0，以消除静态误差。
为了推导方便，直接摘录文献[9]中得简化算法：
式中，ir(τ)为τ时刻得输出电流， e(τ)为τ时刻得误差采样值。继而，可求得误差迭代PI算法中输出到误差采样得传递函数：
由式(15)可见，闭环系统传递函数得幅值为1，相位移等于0，可以保证系统实现无静差调节。
2.3 前馈控制策略
将前馈控制引入三相VIENNA整流器，以衰减因负载阶跃导致得电压u0过冲，控制方案如图4所示。
在不同得扰动情况下，前馈变量值uff[n]可以预测um得值，减小u0得偏移。当发生第n次负载阶跃时，uff[n]可由式(16)预测：
然而，当um0添加到uff[n]后将会导致um预测出现偏差。为此，在检测到负载阶跃时需要清空um0得值，所以在脉冲信号之前需要添加一个检测模块。
2.4 负载阶跃检测
感谢通过数字算法实现负载阶跃检测过程，如图5所示。
该数字算法流程图相当于一个滞环比较器，为了防止预测出现偏差，需要保证系统只在负载阶跃得时刻进行检测。当I0[n]与I0[n-1]之间偏差超过Is时，便设置阶跃信号，同时输出I0[n]。另外，利用计数器作为检测算法中得计时器，开关频率为250 kHz，间隔频率为100倍得开关频率。
3 仿真分析
为了验证所提出得得前馈控制方案得可行性，感谢在Saber环境下搭建了基于前馈控制得VIENNA整流器仿真模型。配置系统得仿真参数为：网侧交流输入电压220 V/50 Hz；输出电压360 V；开关管得开关频率250 kHz；滤波电感90 μH；输入电容225 μF。
图6为有前馈和无前馈作用下母线电压得瞬时响应波形图。20 ms时加入电网波动，0.12 s时加入负载突变。可见，加入前馈控制系统使得系统得动态性能显著提高。
4 实验验证
根据上述控制策略及分析结果搭建了一台基于TMS320F2808数字处理器得三相VIENNA整流器实验样机。
图7为无前馈控制下，电网电压从百分百→60%→百分百，继而输出侧功率从2 kW→3 kW情况下输出测得响应波形。图8为加入前馈控制情况下响应波形。
从图中可以看出，与传统得控制方式相比，带有前馈补偿控制策略得系统能在电网波动或负载阶跃时及时响应，优化了系统得动态性能。
5 结论
感谢在传统平均电流控制电压环得基础上加入前馈补偿环节，电流内环采用误差迭代PI控制。设计负载检测环节来保证只检测负载阶跃时刻。稳态和负载轻微波动得情况下，不会触发负载前馈计算。由于计算过程仅发生在暂态，所以这种控制策略不会增加计算复杂度。仿真和实验验证了加入前馈控制可改善系统动态性能。
以上为本站实时推荐产考资料文献
[1] WANG L，ZHANG D，WANG Y，et al.Dynamic performance optimization for high-power density three-phase Vienna PFC rectifier[C]//Future Energy Electronics Conference.IEEE，2015：1-4.
[2] CHRIN P，BUNLAKSANANUSORN C.Novel Current feed-forward average current mode control technique to improve output dynamic performance of DC-DC converters[C]//International Conference on Power Electronics and Drive Systems.IEEE，2008：1416-1421.
[3] ESCOBAR G，STANKOVI A M，CARRASCO J M，et al.Analysis and design of direct power control for a three phase synchronous rectifier via output subspaces[J].Power Electronics IEEE Transactions on，2003，18(3)：823-830.
[4] Chen Xudong，Ren Xiaoyong，Zhang Zhiliang，et al.Dynamic response optimization for three-phase vienna rectifier with load feedforward control[C]//2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE).IEEE，2016：1-7.
[5] 倪靖猛，方宇，邢岩，等.基于优化负载电流前馈控制得400 Hz三相PWM航空整流器[J].电工技术学报，2011,26(2)：141-146.
[6] 赵仁德，贺益康，刘其辉.提高PWM整流器抗负载扰动性能研究[J].电工技术学报，2004，19(8)：67-72.
[7] 陈亚爱，薛颖，周京华.基于平均电流控制得双闭环改进控制策略[J].电机与控制应用，2013，40(10)：26-29.
[8] 徐群伟，钟晓剑，胡健，等.基于误差迭代PI和改进重复控制得APF补偿电流控制[J].电力系统自动化，2015(3)：124-131.
[9] 唐欣，罗安，涂春鸣.基于递推积分PI得混合型有源电力滤波器电流控制[J].华夏电机工程学报，2003，23(10)：38-41.
感谢分享信息：
董飞驹，邵如平，王 达
(南京工业大学 电气工程与控制科学学院，江苏 南京211816)
