优化前馈控制提升VIENNA整流器动态响应与稳定性

本研究论文聚焦于"基于优化前馈控制的VIENNA整流器动态性能研究"，针对传统平均电流控制存在的问题，作者提出了一种创新性的控制方案。在传统平均电流控制架构中，该方案引入了负载前馈控制和电网电压前馈控制，这两个前馈机制被整合到电压环路中，旨在减小直流侧电压的超调现象，提高系统的瞬态响应速度。 传统平均电流控制主要依赖于电压外环来调节输出电压，电流内环则通过跟踪电压相位来控制状态空间平均电感电流，确保电流的快速跟踪。然而，这种控制方式存在运算量大、动态响应较差的问题，特别是在负载突然变化时，可能导致输出电压波动甚至系统不稳定。 为了改进这一问题，研究者借鉴了文献中的方法，如[2]中提出的电流前馈控制模式，通过低通滤波器改善电压环的响应速度，但滤波器参数的选择在电网电压不稳时显得复杂。文献[3]采用直接功率控制可以提升动态性能，但计算过程较为繁琐。文献[4]则采用了扰动观测器的前馈控制，表现出较好的动态适应性。 本文提出的优化方案是在传统平均电流控制的基础上，通过实时采样负载电流，计算并加入前馈变量，结合误差迭代PI算法，实现了电流内环的无静差调节。相比于传统的PI算法，这种迭代方法能够更好地处理负载变化，提供更平滑的电流响应。 在硬件层面，三相VIENNA整流器的等效模型如图1所示，利用高压输出的优势，使得功率器件承受的压力减半。控制框图如图2所示，其中负载前馈控制和电网电压前馈控制是关键的改进点。等效输出阻抗Zeq(s)，PI调节器的传递函数Gev(s)，以及延时模块GDSP(s)的数学表达式也作为控制设计的基础。 论文的重点在于理论分析和仿真验证，通过对频域响应特性的深入剖析，作者证明了所提方法能够有效提升VIENNA整流器在负载变化时的动态响应能力，尤其是在面对负载阶跃时，系统能更快地恢复到稳态，从而显著改善了系统的整体性能。这在电动汽车和航空航天等高功率因数、低谐波失真的应用领域具有重要意义。