一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法技术

技术编号:11953727 阅读:108 留言:0更新日期:2015-08-27 06:11
本发明专利技术公开了一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法,在即将切换至PWM整流状态的时候,插入一段准切换阶段,在这个准切换阶段中,三相旁路接触器仍然保持断开的状态,在限流电阻继续抑制回路电流的情况下,对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量初值,在准切换阶段下试探得到虚拟磁链矢量位置和大小后,由软件锁相环继续后续的虚拟磁链在线估算,直到三相旁路接触器闭合,真正切换至可控整流阶段的瞬间,软件锁相环将为PWM整流控制算法提供虚拟磁链矢量初值信息。本发明专利技术的方法,易于实施,可靠性好。

【技术实现步骤摘要】
一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法
本专利技术属于电力电子变换控制
,涉及一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法。
技术介绍
PWM整流器因具有能量可双向流动、功率因数可调和直流电压稳定等优点,大量的电力电子应用场合越来越多地将PWM整流器当作关键装置,如不间断电源、四象限变频调速、直流输电和风力发电、光伏发电等并网发电技术。因此,对PWM整流器及其控制技术进行研究,具有重要意义。实际应用中,需要检测PWM整流器的三相电网电压、电流和直流母线电压,附加设置的众多传感器及其信号调理电路,增加了成本和系统复杂度。因此,降低PWM整流器成本成为大家关注的热点问题之一。PWM整流器的直流母线电压传感器和电网电流传感器参与控制和保护,一般不宜删减,应用中最多的是无电网电压传感器的方案。对虚拟磁链定向控制的PWM整流器来说,由于虚拟磁链观测时需使用积分运算,如果控制器在由不控整流状态切换至可控整流阶段时,不能准确获得虚拟磁链的初始位置角及初始大小,即矢量初值存在偏差,则会使虚拟磁链观测出现持续的偏差,带来PWM整流器控制性能下降甚至因冲击电流导致故障停机无法正常启动的问题。因此,在虚拟磁链定向控制的PWM整流器中省去电网电压传感器后,虚拟磁链矢量初值的估算显得尤为重要。到目前为止,有关虚拟磁链定向PWM整流器方面的研究大多集中在如何改善虚拟磁链观测中积分运算的偏移和振荡问题,而关于如何准确获得虚拟磁链矢量初值的报道很少。侯兆然等在2014年11月第21期《电力系统保护与控制》上发表的“基于虚拟磁链定向的PWM整流器控制方法研究”一文中指出了准确观测虚拟磁链角度的重要性,并提出将PID控制器的抗积分饱和思想移植到虚拟磁链观测的积分运算中。这种方法的主要缺点有:1)需要合理设置虚拟磁链的输出限幅值;2)没有从根本上解决虚拟磁链矢量初始位置角观测的问题,不能保证启动过程中虚拟磁链观测的准确度。因此,还是存在启动时出现冲击电流的可能。李华明等在2015年3月第3期《电力电子技术》上发表的“无电网电压传感器的三相PWM整流器控制”一文中提出了以电流矢量为参考坐标系的无电网电压传感器三相PWM整流器控制方案,其中通过软件锁相环获得交流侧电流角频率与相位,进而通过电流与虚拟磁链的关系间接估算虚拟磁链,这种方法的主要缺点是:为保证在空载情况下仍能正确锁相,需在直流电容上并联一个功率电阻以维持锁相环稳定需要的最小电流,这样增加了系统的空载损耗。柴继涛等在专利技术专利ZL201110097922.5“无电网电压传感器同步PWM整流器矢量控制方法”中提出了在PWM整流器启动前作用一段时间的零电压矢量获取虚拟磁链矢量初值的方法,这种方法的主要缺点是:在零电压矢量作用瞬间,整流器的三相电网电压通过开关器件短时短路,仍会引起冲击电流问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法,解决了现有技术为了获得虚拟磁链矢量初值,在PWM整流器切换至PWM整流状态初期施加一段时间的零矢量,造成短时短路引起冲击电流的问题。本专利技术所采用的技术方案是,一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法,在即将切换至PWM整流状态的时候,插入一段准切换阶段,在这个准切换阶段中,三相旁路接触器仍然保持断开的状态,并不旁路掉网侧充电的限流电阻,在限流电阻继续抑制回路电流的情况下,对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量初值,在准切换阶段下试探得到虚拟磁链矢量位置和大小后,送入软件锁相环,由软件锁相环继续后续的虚拟磁链在线估算,直到三相旁路接触器闭合,将网侧充电的限流电阻旁路掉,真正切换至可控整流阶段的瞬间,软件锁相环将为PWM整流控制算法提供虚拟磁链矢量初值信息。本专利技术的有益效果是,在PWM整流器启动期间为平滑地由不控整流状态切换至可控整流阶段,增加一段很短时间的准切换阶段,在这个准切换阶段中,并不旁路掉网侧充电限流电阻,在限流电阻继续抑制回路电流的情况下,对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量的初值,为平滑切换进入可控整流阶段提供了基本条件,避免了PWM整流器传统启动方法中不控整流到可控整流的切换过程中电流瞬态易出现过大冲击甚至造成启动失败的情况,实现平滑切换。本专利技术方法易于实现,算法在进入PWM整流状态前完成,不影响后续可控整流阶段的控制效果,在解决电流冲击问题的前提下,准确地对虚拟磁链矢量初值进行估算,提高了系统的可靠性。附图说明图1是本专利技术方法的(无电网电压传感器PWM整流器)虚拟磁链矢量初值估算的系统结构示意图;图2是本专利技术方法中的单同步坐标系软件锁相环原理框图;图3是本专利技术方法中的虚拟磁链定向控制PWM整流器的稳态矢量图;图4是本专利技术方法中三个阶段的工作原理流程图。图中,10.三相交流电源,20.三相开关,30.三相旁路接触器,40.限流电阻,50.三相电抗器,60.交流电流传感器,70.功率变换器,81.直流滤波电容,82.直流电压传感器,83.负载,100.DSP控制器,110.软件锁相环,120.虚拟磁链计算单元,111.操作单元,112.PI调节器,113.加法器,114.积分器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。为解决现有方法中存在的上述诸多问题,从原理上保证虚拟磁链矢量初值估算的准确性,进而避免PWM整流器启动时出现冲击电流,本专利技术提出一种新的装置启动方法,具体操作时序见图1的时序图。本专利技术方法与现有控制方法相比,增加了一段准切换阶段,在这个准切换阶段中,保持限流,对PWM整流器施加零矢量试探虚拟磁链矢量的初值,保证了切入PWM可控整流阶段时虚拟磁链矢量不会有跃迁现象,避免了冲击电流,从而实现了平滑的切换,从原理上保证了设备的安全启动,提高了设备可靠性。参照图1,本专利技术方法所依赖的(无电网电压传感器PWM整流器)估算虚拟磁链矢量初值的系统结构是,三相交流电源10通过三相开关20(即图1中的三相开关K1)与限流电阻40一端对应连接,限流电阻40包括并联的三个限流电阻R,在三个限流电阻R的两端并联有三相旁路接触器30(即图1中的三相旁路接触器K2)的触点;限流电阻40另一端通过三相电抗器50(即图1中的三相电抗器L)与功率变换器70输入端连接,三相电抗器50与功率变换器70之间的三相线路上分别设置有一个交流电流传感器60(分别是图1中的ia、ib、ic交流电流传感器);功率变换器70的两个输出端与负载83对应连接,功率变换器70的输出端与负载83的两个连接线路上接有直流滤波电容81(即图1中的直流滤波电容C),直流滤波电容81两端设置有直流电压传感器82;DSP控制器100中设置有互相连接的软件锁相环110和虚拟磁链计算单元120,交流电流传感器60和直流电压传感器82同时与DSP控制器100的输入端连接;DSP控制器100的(PWM信号)输出端与功率变换器70的(驱动信号)输入端连接,同时,DSP控制器100的另一输出端(输出旁路接触器控制信号)与三相旁路接触器30的控制线圈连接。参照图2,软件锁相环110的内部结构是,包括闭环连接的操作单元111、PI调节器112、加法器113和积分器114,操作单元111用于把虚拟磁链两相静止坐标下的分量ψα和本文档来自技高网
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一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法

【技术保护点】
一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法,其特征在于:在即将切换至PWM整流状态的时候,插入一段准切换阶段,在这个准切换阶段中,三相旁路接触器(30)仍然保持断开的状态,并不旁路掉网侧充电的限流电阻(40),在限流电阻(40)继续抑制回路电流的情况下,对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量初值,在准切换阶段下试探得到虚拟磁链矢量位置和大小后,送入软件锁相环(110),由软件锁相环(110)继续后续的虚拟磁链在线估算,直到三相旁路接触器(30)闭合,将网侧充电的限流电阻(40)旁路掉,真正切换至可控整流阶段的瞬间,软件锁相环(110)将为PWM整流控制算法提供虚拟磁链矢量初值信息。

【技术特征摘要】
1.一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法,其特征在于:在即将切换至PWM整流状态的时候,插入一段准切换阶段,在这个准切换阶段中,三相旁路接触器(30)仍然保持断开的状态,并不旁路掉网侧充电的限流电阻(40),在限流电阻(40)继续抑制回路电流的情况下,对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量初值,在准切换阶段下试探得到虚拟磁链矢量位置和大小后,送入软件锁相环(110),由软件锁相环(110)继续后续的虚拟磁链在线估算,直到三相旁路接触器(30)闭合,将网侧充电的限流电阻(40)旁路掉,真正切换至可控整流阶段的瞬间,软件锁相环(110)将为PWM整流控制算法提供虚拟磁链矢量初值信息。2.根据权利要求1所述的PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法,其特征在于,整个PWM整流器从上电到完成PWM整流状态启动的过程具体分为以下三个阶段:1)不控整流阶段闭合三相开关(20),依靠功率变换器(70)的续流二极管构成的不控整流电路给直流滤波电容(81)充电;三相旁路接触器(30)处于断开状态;当直流电压上升到不控整流电压且稳定后,等待施加零矢量;2)准切换阶段三相旁路接触器(30)仍然保持断开的状态,网侧充电的限流电阻(40)继续抑制回路电流,对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量,停止作用零矢量后,PWM整流器又处于不控整流状态,已知停止作用零矢量时刻虚拟磁链的瞬时相位和电网角频率后,就能够在线通过软件锁相环(110)获得虚拟磁链的实时相位,具体过程是:对PWM整流器施加一段时间的零矢量,此时三相交流电源(10)、限流电阻(40)和三相电抗器(50)构成回路,通过电网电压矢量电网电流矢量和整流器交流侧电压矢量三者的相互关系,当作用零矢量时,上述三者的关系通过公式(4)表达:其中的ω为三相交流电源角频率,R为限流电阻(40)的阻值;L为三相电抗器(50)的电感值;交流电流传感器(60)检测三相交流电流值,将采集的数值送入DSP控制器(100),此阶段虚拟磁链计算单元(120)利用公式(5)计算出虚拟磁链在两相静止坐标系下的分量ψα和ψβ:其中iα、iβ分别为电网电流矢量在两相静止αβ坐标下的分量;t是时间;t0为对PWM整流器施加零矢量PWM信号的时刻;t1为停止对PWM整流器施加零矢量PWM信号的时刻,为消除积分漂移,采用级联低通滤波器代替公式(5)中的纯积分,级联低通滤波器的传递函数如公式(6):其中ωff为电网电压额定角频率,s是复变量;停止作用零矢量后,PWM整流器又回到不控整流状态,在零矢量停止作用后,软件锁相环(110)通过公式(7)获得虚拟磁链矢量的相位,在此期间,认为虚拟磁链的大小不变,则有:θψ=θ1+ω01(t-t1...

【专利技术属性】
技术研发人员:李洁赵兢任海鹏
申请(专利权)人:西安理工大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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