电压补偿型有源超导限流器的电流控制优化方案

为有效实现电压补偿型有源超导限流器的限流特性，必须灵活合理地对超导变压器二次侧注入电流加以控制，继而对PWM变流器的电流控制方式提出了要求。

对于PWM变流器而言，当前应用最为广泛的两种电流控制方式为滞环PWM电流控制和固定开关频率PWM电流控制，下面对这两种控制方式分别进行介绍。

滞环电流控制是一种简单的bang-bang控制，它集电流控制与PWM于一体，其控制思想是将实际电流与指令电流的上、下限相比较，两者交点作为开关点，而指令电流的上、下限形成一个滞环，具体原理图如图6.14所示。

图6.14　滞环电流控制原理图

设电流指令信号为i^∗，电流反馈信号为i，滞环宽度为h。当i-i∗＞h时，通过调节变流器中对应开关器件的开关状态，控制其输出电流开始减小；当i-i∗＜h时，则控制开关器件的开关信号使得其输出电流开始增大。如此往复，反馈电流i总在i∗±h的范围内变化，图6.15所示为采用滞环控制的电流轨迹。

图6.15　采用滞环控制的电流轨迹

假设电流给定信号为i^∗=Isin（ωt+θ），变流器的直流侧电压为U_d，在交流侧所接负载电感为L的情况下，可得如下方程式

PWM变流器的开关频率则可表示为(www.xing528.com)

基于式（6-37）可知，采用滞环PWM电流控制方式时，开关器件的频率通常都不固定，其值会随着直流侧电压U_d、交流侧负载电感L、滞环宽度h及给定电流信号i∗的变化而变化，其近似的取值范围为。

滞环PWM电流控制方式具有如下特点：①硬件电路相对简单；②电流响应迅速，属于实时控制及闭环控制；③无需载波，输出电压中不会含有特定频率的谐波成分；④与调制法及计算法相比，在同等的开关频率下输出电流的高次谐波成分较多；⑤若滞环宽度保持恒定不变，则给定电流与反馈电流的误差范围是固定的，但开关频率是变化的。

固定开关频率PWM电流控制是指PWM载波（一般为三角波）频率保持不变，根据给定电流i∗和反馈电流i算出电流误差Δi=i^∗-i，经PI调节器后与PWM载波进行比较，产生PWM信号以驱动变流器，其电流控制方式的原理如图6.16所示。

图6.16　固定开关频率PWM电流控制原理图

给定电流与反馈电流形成的偏差，经比例积分放大器之后再与固定频率的PWM载波比较，进而产生开关信号，由此形成一个将偏差调节为最小的控制系统，同时也避免了开关频率的波动。

固定开关频率PWM电流控制具有如下特点：①硬件电路相对较复杂；②给定电流与反馈电流之间可能存在一个周期性的幅值和相位误差；③输出波形中含有与PWM载波相同频率的谐波；④放大器的增益有限，过大则会影响控制系统的稳定性；⑤开关频率是固定的，其值等于PWM载波的频率。

滞环PWM电流控制与固定开关频率PWM电流控制各有可取之处。鉴于前者的开关频率不固定，滤波处理较困难，加上跟踪效果和开关频率间的矛盾，固定开关频率PWM电流控制作为变流器的控制方式更合适^[30]。