電網故障下電壓型pwm整流器輸出功率諧振控制方法
2023-12-03 20:55:01
專利名稱：電網故障下電壓型pwm整流器輸出功率諧振控制方法
技術領域：
本發明涉及電壓型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，特別涉及一種不對稱電網故障下電壓型PWM整流器輸出功率諧振控制方法。
背景技術：
三相電壓型脈寬調製整流器廣泛應用於整流、有源濾波、交流調速和新能源併網發電等領域。在電網運行過程中，單相負荷在三相系統中的不均衡分配、大功率單相負載的接入以及單相負載用電的隨機性等因素，會造成電網不對稱故障，引起電網電壓三相不對稱。此時，針對三相電網平衡條件設計的常規PWM整流器控制策略將不能實現單位功率因數，正弦輸入電流，恆定直流母線電壓等控制特性。 針對不對稱電網故障情況，傳統的PWM整流器控制方法是採用對稱分量理論對系統進行正、負序分解，並建立兩個分別實施在正、反轉同步旋轉坐標系中的電流控制器對正、負序電流進行控制。有學者提出由電網輸入功率求取正、負序電流參考值的方法，此方法可以獲得較為穩定的輸入功率，但由於沒有考慮整流器進線電抗的影響，整流器輸出功率和直流母線電壓將會出現二倍頻波動。有學者提出由功率橋輸入側功率求取正、負序電流參考值的方法，通過控制實現功率橋輸入側的功率恆定，獲得較為平穩的直流母線電壓。以上方法中，控制器均需要實施在同步旋轉坐標系，並需要對正、負序分量進行分解。為了減少坐標變換，近年來，一種能夠對交流信號進行無靜差調節的諧振控制器被應用於不對稱電網故障條件下的PWM整流器控制。有學者根據計算得到的正、負序電流給定值，在兩相靜止坐標系中採用比例-諧振控制器對正、負序電流統一進行調節，此方法雖然避免了電流內環中的正、負序計算，但是為了計算正、負序電流給定值，必須對系統中各分量進行正、負序分解，增加了控制方案的運算量。因此，有必要設計一種不對稱電網故障下PWM整流器的控制方法，使得控制系統運行時，不需要正、負序分解又可以對PWM整流器的輸出功率脈動進行直接補償，保持恆定的直流母線電壓，有效提高不對稱電網故障條件下整流器的輸出品質。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供了一種不對稱電網故障下電壓型PWM整流器輸出功率諧振控制方法，該方法不需要正、負序分解計算，且能夠對PWM整流器的輸出功率脈動進行直接補償，保證系統的輸出品質。本發明的技術方案為一種不對稱電網故障下電壓型PWM整流器輸出功率諧振控制方法，其特徵在於包括以下步驟(I)、檢測三相電網電壓，三相電網電流和直流側電壓，並通過鎖相環計算電網電壓旋轉角速度和位置角；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相電網電流經3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和電網電流；(3)、將得到的兩相靜止坐標系下的電網電壓和電網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軸電網電壓和電網電流；(4)、根據上一時刻兩相旋轉坐標下的輸出電壓和電網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)得到的系統有功功率和無功功率實際值做差，再分別經過比例諧振控制器(I)、比例諧振控制器(2)並經過補償電壓計算分別得到輸出有功功率和無功功率二倍頻補償項；￠)、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(I)後，計算得到旋轉坐標系下d軸電流的給定值；(7)、將步驟￠)中計算得到的旋轉坐標系下d軸電流的給定值與步驟(3)所計算得到的旋轉坐標系下的d軸電流相減，然後經過PI控制器(2)，將PI控制器(2)的輸出電壓通過前饋補償解耦計算得到旋轉坐標系下d軸電壓的參考值，設q軸電流給定值為O，其與步驟(3)所計算得到的q軸電流相減，然後經過PI控制器(3)，將PI控制器的輸出電壓通過前饋補償解耦計算得到旋轉坐標系下q軸電壓的參考值；(8)、將旋轉坐標系下d、q軸電壓參考值分別與步驟(5)得到的二倍頻補償項相加，以電網電壓位置度為變換角進行反Park變換，得到兩相靜止坐標系下的電壓，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。
本發明步驟(5)中所述帶比例諧振控制器控制器的角速度設置為二倍電網電壓同步旋轉角速度2，其頻域表達式為
權利要求
1.一種不對稱電網故障下電壓型PWM整流器輸出功率諧振控制方法，其特徵在於包括以下步驟(I)、檢測三相電網電壓，三相電網電流和直流側電壓，並通過鎖相環計算電網電壓旋轉角速度和位置角；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相電網電流經3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和電網電流；(3)、將得到的兩相靜止坐標系下的電網電壓和電網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軸電網電壓和電網電流；(4)、根據上一時刻兩相旋轉坐標下的輸出電壓和電網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)得到的系統有功功率和無功功率實際值做差，再分別經過比例諧振控制器(I)、比例諧振控制器(2)並經過補償電壓計算分別得到輸出有功功率和無功功率二倍頻補償項，其中比例諧振控制器的角速度設置為二倍電網電壓同步旋轉角速度；(6)、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(I)後，計算得到旋轉坐標系下d軸電流的給定值；(7)、將步驟￠)中計算得到的旋轉坐標系下d軸電流的給定值與步驟(3)所計算得到的旋轉坐標系下的d軸電流相減，然後經過PI控制器(2)，將PI控制器的輸出電壓通過前饋補償解耦計算得到旋轉坐標系下d軸電壓的參考值，設q軸電流給定值為O，其與步驟(3)所計算得到的q軸電流相減，然後經過PI控制器(3)，將PI控制器(3)的輸出電壓通過前饋補償解耦計算得到旋轉坐標系下q軸電壓的參考值；(8)、將旋轉坐標系下d、q軸電壓參考值分別與步驟(5)得到的二倍頻補償項相加，以電網電壓位置度為變換角進行反Park變換，得到兩相靜止坐標系下的電壓，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對稱電網故障下電壓型PWM整流器輸出功率諧振控制方法。本發明的技術方案要點為一種不對稱電網故障下電壓型PWM整流器輸出功率諧振控制方法，將輸出有功功率、無功功率的二倍頻分量參考值與計算得到的輸出有功功率、無功功率實際值作差，經過比例諧振控制器得到二倍頻補償電壓，並補償到傳統矢量控制的輸出電壓中，最終得到兩相靜止坐標系下的參考電壓,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。本發明在電網不對稱故障條件下，不需要對系統中的正、負序分量進行計算和分解，能夠對電壓型PWM整流器的輸出功率脈動進行直接補償，實現直流母線電壓的穩定控制，保證了系統的輸出品質，算法簡單，容易實現。
文檔編號H02J3/24GK102931671SQ20121041586
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者施豔豔, 王萌 申請人:河南師範大學