不平衡電壓下pwm整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法
2023-12-03 20:50:46
專利名稱：不平衡電壓下pwm整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法
技術領域：
本發明涉及一種不平衡電網電壓下電壓型PWM整流器的控制方法，屬於電力電子功率變換裝置控制領域，特別是一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法。
背景技術：
基於空間電壓矢量PWM的電流無差拍控制方法，開關頻率恆定，調節性能好，其在電力電子中的應用體現出了巨大的優勢，該方法動態性能較好，跟蹤過程無超調，具有較快的動態響應速度。其控制原理是基於控制對象數學模型，通過採樣各反饋變量值，計算出當前控制周期內的控制輸出量，使受控量在本控制周期內與參考值相等。有學者將無差拍控 制方法應用於三相電壓型PWM整流器系統，獲得了較好的控制效果。在三相電壓型PWM整流器無差拍控制策略研究中，一般均假設三相電網輸入電壓平衡。然而，電網電壓不平衡是一種電力系統中常見的電網故障類型，在電網不平衡條件下，基於傳統無差拍控制方法的三相電壓型PWM整流器輸出功率存在二倍頻脈動，直流母線電壓產生波動，嚴重影響整流器的控制品質，同時，電壓不平衡產生的負序電流也將對功率器件的安全運行產生影響。因此，有必要設計一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法，使得在電網不平衡條件下，控制系統可以有效抑制PWM整流器的輸出功率脈動，減小直流母線電壓波動，保證整流器的控制品質和功率器件的安全運行。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供了一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法，該方法可以有效抑制PWM整流器的輸出有功、無功功率脈動和直流母線電壓波動，保證三相PWM整流器在電網電壓不平衡時的控制品質。本發明的技術方案為一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法，其特徵在於包括以下步驟(I)、檢測三相電網電壓，三相輸入電流和直流側電壓，並通過鎖相環計算電網電壓旋轉角速度及位置角；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相輸入電流經3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流；(3)、將電網電壓和輸入電流以電網電壓位置角進行Park變換，得到同步旋轉坐標下d、q軸的電網電壓、輸入電流；(4)、根據上一時刻的同步旋轉坐標下的輸入電壓參考值和同步旋轉坐標下d、q軸輸入電流計算系統輸出的有功功率和無功功率；(5)、將系統輸出有功功率、無功功率二倍頻脈動給定值分別與步驟(4)得到的系統輸出有功功率和無功功率實際值做差，分別經過比例諧振控制器(I)、比例諧振控制器(2)並通過二倍頻補償電壓計算分別得到輸出有功功率和無功功率二倍頻電壓補償項；(6)、將旋轉坐標系下d、q軸電網電壓值分別和步驟(5)得到的二倍頻電壓補償項相加，得到補償後的電網電壓值；(7)、將直流側電壓給定值與步驟
(I)得到的直流側電壓實際值的差經過PI控制器後，計算得到旋轉坐標系下d軸電流的參考值，設q軸電流參考值為O ; (8)、設電流參考值保持不變，用電流參考值代替離散化後的PWM整流器模型中的下一時刻電流值，用變換器輸入電壓參考值代替變換器輸入電壓，可得到電壓參考值計算模型；(9)、分別將步驟(7)中得到的旋轉坐標系下d、q軸電流的參考值、步驟⑶中得到的旋轉坐標系下的d、q軸電流實際值和步驟(6)中得到的補償後的d、q軸電網電壓作為步驟(8)中建立的電壓參考值計算模型的輸入，經過電壓參考值計算模型得到變換器輸入電壓的參考值；(10)、將步驟(9)得到的輸入電壓參考值以電網電壓位置角為變換角進行反Park變換，得到兩相靜止坐標系下的輸入電壓，該電壓信號經過空間矢量脈寬調製後，產生控制功率器件的開關信號。本發明控制方法在不平衡電網電壓條件下，能夠對電網電壓進行實時補償，可以有效消除電網電壓不平衡對系統的影響，抑制PWM整流器的輸出功率脈動，消除直流母線 電壓波動，保證功率器件的整流器輸出品質和安全運行，算法簡單，易於實現。
圖I為三相電壓型PWM整流器主電路結構圖；圖2為本發明控制系統的結構原理圖；圖3為採用本發明的功率穩定無差拍控制前後的輸出功率波形圖；圖4為採用本發明的功率穩定無差拍控制前後的直流側電壓波形圖。具體實施方法
下面結合附圖對本發明做進一步說明。三相電壓型PWM整流器主電路拓撲結構如圖I所示，圖中，U職、ugh, Ugc為交流側三相電壓源，iga、igb、igc為三相交流側輸入電流，Uca, uch,"。。為功率橋輸入側三相電壓，《d。為直流側電壓，4和&分別為進線電感及其等效電阻，C為直流濾波電容，O為電網中點，iL為負載電流，直流側負載由電阻慫等效表示。在電網三相電壓平衡且穩定情況下，可得PWM整流器在同步旋轉坐標系下的數學模型
^ ⑴a供++a崎 +
"gd、、分別為電網電壓的d、q軸分量，igd、igq分別為交流側輸入電流的d、q軸分量，ucd、Ucq分別為整流橋交流側輸入電壓的d、q軸分量，Wg為電網電壓旋轉角速度；
同步旋轉坐標系下系統輸出功率方程為3
-3(2)
aA)
不平衡電網電壓下系統各電量在正、反轉旋轉坐標系中相應正、負序分量的形式如
下
權利要求
1.一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法，其特徵在於包括以下步驟(I)、檢測三相電網電壓，三相輸入電流和直流側電壓，並通過鎖相環計算電網電壓旋轉角速度及位置角；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相輸入電流經3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流；(3)、將電網電壓和輸入電流以電網電壓位置角進行Park變換，得到同步旋轉坐標下d、q軸電網電壓、輸入電流；(4)、根據上一時刻的同步旋轉坐標下的輸出電壓參考值和d、q軸輸入電流計算系統輸出的有功功率和無功功率；(5)、將系統輸出有功功率、無功功率二倍頻脈動給定值分別與步驟(4)得到的系統輸出有功功率和無功功率實際值做差，分別經過比例諧振控制器(I)、比例諧振控制器⑵並通過二倍頻補償電壓計算分別得到輸出有功功率和無功功率二倍頻電壓補償項；(6)、將旋轉坐標系下d、q軸的電網電壓值分別和步驟(5)得到的二倍頻電壓補償項相加，得到補償後的電網電壓值；(7)、將直流側電壓給定值與步驟⑴得到的直流側電壓實際值的差經過PI控制器後，計算得到旋轉坐標系下d軸電流的參考值，設q軸電流參考值為O ; (8)、設電流參考值保持不變，用電流參考值代替離散化後的PWM整流器模型中的下一時刻電流值，用變換器輸入電壓參考值代替變換器輸入電壓，可得到電壓參考值計算模型；(9)、分別將步驟(7)中得到的旋轉坐標系下d、q軸電流的參考值、步驟(3)中得到的旋轉坐標系下的d、q軸電流實際值和步驟(6)中得到的補償後的d、q軸電網電壓作為步驟(8)中建立的電壓參考值計算模型的輸入，經過電壓參考值計算模型得到變換器輸入電壓的參考值；(10)、將步驟(9)得到的輸入電壓參考值以電網電壓位置角為變換角進行反Park變換，得到兩相靜止坐標系下的輸入電壓，該電壓信號經過空間矢量脈寬調製後，產生控制功率器件的開關信號。
全文摘要
本發明公開了一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法。本發明的技術方案要點為一種不平衡電壓下PWM整流器輸出功率穩定的無差拍控制方法，將旋轉坐標系下d、q軸電網電壓值分別和輸出功率的二倍頻電壓補償項相加，得到補償後的電網電壓值作為電壓參考值計算模型的輸入，經過電壓參考值計算模型得到變換器輸入電壓的參考值，將此輸入電壓參考值以電網電壓位置角為變換角進行反Park變換，得到兩相靜止坐標下的輸入電壓，該電壓信號經過空間矢量脈寬調製後，產生控制功率器件的開關信號。本發明可以有效消除電網電壓不平衡對系統的影響，抑制PWM整流器的輸出功率脈動，消除直流母線電壓波動，保證功率器件的整流器輸出品質和安全運行。
文檔編號H02M1/14GK102891615SQ201210416089
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者王萌, 施豔豔 申請人:河南師範大學