電壓不對稱故障下pwm整流器輸入輸出功率諧振控制方法
2023-12-03 20:54:46 1
專利名稱：電壓不對稱故障下pwm整流器輸入輸出功率諧振控制方法
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，特別是一種電壓不對稱故障下PWM整流器輸入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在靜止無功補償、高壓直流輸電、有源電力濾波、電氣傳動和可再生能源併網發電等領域得到廣泛應用。在電網正常情況下，整流器能夠實現單位功率因數運行且輸出平穩的直流母線電壓。然而，在電網電壓不對稱故障引起電網三相電壓不平衡時，基於電壓三相平衡條件設計的PWM整流器輸入無功功率將出現二倍頻諧波，不能實現單位功率因數運行；輸出有功功率將出現二倍頻諧波，導致直流母線電壓產生二倍頻波動。針對電網電壓不對稱故障下三相PWM整流器的控制，國內外學者均開展了相關研究並取得了一定的研究成果。有學者提出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、負序電流進行獨立控制的正、負序雙電流環控制策略。有學者提出由功率橋輸入側功率求取正、負序電流的方法，此方法可以獲得較為穩定的輸出功率，抑制直流母線電壓波動。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。為了提高三相PWM整流器的響應速度，可在電流環外對正、負序電流參考值進行計算，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。另外，該方法不能實現系統的單位功率因數運行。因此，有必要設計一種電網電壓不對稱故障下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，同時，系統能夠實現單位功率因數運行，有效提高電網電壓不對稱故障條件下整流器的輸入輸出品質。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供了一種電壓不對稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法，該方法不需要正、負序分解計算，並通過對PWM整流器的輸入輸出功率脈動進行直接補償，實現系統單位功率因數運行和穩定的直流母線電壓，保證系統輸入輸出品質。本發明的技術方案為一種電壓不對稱故障下PWM整流器輸入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，三相輸入電流和直流側電壓，並通過鎖相環檢測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輸入電流經3/2變換模塊得到兩相靜止坐標下的電網電壓和輸入電流；(3)、將兩相靜止坐標下的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軸電網電壓和輸入電流；(4)、根據上一時刻輸出電壓以及兩相旋轉坐標下的電網電壓和輸入電流計算系統輸入無功功率和輸出有功功率；(5)、將系統輸出有功功率、輸入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輸入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並通過補償電壓計算分別得到輸出有功功率和輸入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計算得到旋轉坐標系下d軸輸出電壓值，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計算得到旋轉坐標系下q軸輸出電壓值，將d、q軸輸出電壓值經過解耦補償計算得到旋轉坐標系下d、q軸電壓參考值；(8)、將旋轉坐標系下d、q軸電壓參考值經過補償電壓計算，再分別與步驟(5)得到的二倍頻補償項相加，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。作為進一步的實施方式，步驟(5)中所述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2 ，其頻域表達式為
權利要求
1.一種電壓不對稱故障下PWM整流器輸入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，三相輸入電流和直流側電壓，並通過鎖相環檢測電網電壓旋轉角速度和位置角；⑵、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下的電網電壓和輸入電流；(3)、將兩相靜止坐標下的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軸電網電壓和輸入電流；⑷、根據上一時刻輸出電壓以及兩相旋轉坐標下的電網電壓和輸入電流計算系統輸入無功功率和輸出有功功率；(5)、將系統輸出有功功率、輸入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，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輸入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計算得到旋轉坐標系下d軸輸出電壓值，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計算得到旋轉坐標系下q軸輸出電壓值，將d、q軸輸出電壓值經過解耦補償計算得到旋轉坐標系下d、q軸電壓參考值；(8)、將旋轉坐標系下d、q軸電壓參考值經過補償電壓計算，再分別與步驟(5)得到的二倍頻補償項相加，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
本發明公開了一種電壓不對稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法。本發明的技術方案要點為一種電壓不對稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法，將系統輸出有功功率、輸入無功功率二倍頻脈動給定值分別與系統有功功率和無功功率實際值做差，經過比例諧振控制器並通過二倍頻補償電壓計算分別得到輸出有功功率和輸入無功功率二倍頻補償項，將傳統矢量控制得到的電壓參考值分別與二倍頻電壓補償項相加，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。本發明能夠對PWM整流器的輸入無功功率和輸出有功功率脈動進行直接補償，實現系統的單位功率因數運行和直流母線電壓的穩定控制。
文檔編號H02M7/219GK102916596SQ20121041580
公開日2013年2月6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