单相整流器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种单相整流器控制方法和控制系统。单相整流器采用电压外环、电流内环双环控制，同时结合SOGI控制，SOGI控制单元接收交流输入电压，作为SOGI控制单元的输入；SOGI控制单元的输出及直流输出电压的反馈量相比较，作为电压外环控制单元的输入；电压外环控制单元的输出作为电流内环控制单元的输入。该方法及系统基于传统的双环控制策略，引入锁相控制，可以提高锁相精度和效率，降低输入电流的总谐波畸变率，同时减小启动冲击电流。

Single phase rectifier control method and system

The invention provides a single-phase rectifier control method and a control system. Single-phase rectifier adopts voltage outer loop and current inner loop double loop control, and combined with SOGI control, SOGI control unit receives AC input voltage as input of SOGI control unit; the output of SOGI control unit is compared with the feedback of DC output voltage as input of voltage outer loop control unit; voltage outer loop control unit is single. The output of the element is input to the current inner loop control unit. The method and system are based on the traditional double-loop control strategy. The phase-locked control can improve the precision and efficiency of phase-locked, reduce the total harmonic distortion rate of input current, and reduce the starting impulse current.

【技术实现步骤摘要】
单相整流器控制方法及系统
本专利技术涉及电气控制
，尤其涉及一种单相整流器控制方法及系统。
技术介绍
单相整流器作为列车供电系统的重要组成部分，是连接供电网与后级设备和负载等的中间桥梁，其性能的好坏对列车的安全、稳定运行至关重要。对单相整流器进行控制时，由于电气波形采样均为单相，因而进行坐标变换和锁相时，与三相系统相比存在一定的困难，尤其在对精度和速度要求较高的场合；另外随着负载的增加，直流母线电压的二次波动会对系统的安全稳定运行以及输入电流品质产生影响。电压外环、电流内环双环控制方法为单相整流器常用的控制方法，该控制方法采用PI控制器实现控制功能的实现，PI控制参数的选择对于设备运行性能至关重要。但基于传统的双环控制方法并不能解决由单相电气波形带来的控制精度降低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单相整流器的控制方法及系统，该方法及系统基于传统的双环控制策略，引入锁相控制，可以提高锁相精度和效率，降低输入电流的总谐波畸变率，同时减小启动冲击电流。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种单相整流器控制方法，用于单相整流器的控制，单相整流器采用电压外环、电流内环双环控制，包括以下步骤：为SOGI控制单元定义SOGI传递函数：其中，ω为谐振频率，等于单相整流器交流侧输入电压角速度；则，引入锁相环后单相整流器系统的闭环传递函数为：其中，k是带宽影响因数；采用三阶积分器对SOGI传递函数进行离散化处理，其中，y(n)为采样数组Y的第n个点，u(n)为采样数组U的第n个点，Ts为采样周期。进而得：其中I1、I2和I3为积分器离散化因数；对离散化处理后的SOGI传递函数进行Park变换；Park变换公式为：其中，d、q分别为dq坐标系下各坐标轴分量，α、β分别为αβ坐标系下各坐标轴分量，ωt为dq坐标系相对于αβ坐标系的角度。Park变换后的输出与q轴电压给定值比较，作为锁相环控制的输入；SOGI控制单元的输出作为电压外环控制单元的输入。作为优选：进一步包括以下步骤：直流电压增加补偿的方法来消除由于二次波动引起的交流电流谐波，将单相整流器直流侧输出电压加上补偿电压后，反馈至电压外环控制的输入端，与电压我换控制的输入电压相减后作为电压外环控制的输入，所述补偿电压为：其中，Δu表示补偿电压，表示直流二次波动电压，C表示单相整流器输入端电容，Um为输入电压峰值，Im为输入电流峰值。作为优选：进一步包括以下步骤：对电压外环控制单元的输出进行限幅控制，进而实现对启动冲击电流的抑制。作为优选：进行限幅控制时，将单相整流器直流侧的输出值Uout与期望输出值进行比较：若采用对启动电流进行限幅控制；若采用对启动电流进行限幅控制；其中，为电压外环控制单元的输出，Id为单相整流器启动电流。本专利技术进一步提供一种单相整流器控制系统，包括控制器，所述控制器包括电压外环控制单元和电流内环控制单元，进一步包括SOGI控制单元和采样单元，所述采样单元采集单相整流器交流输入电流、交流输入电压和直流输出电压；SOGI控制单元接收交流输入电压，作为SOGI控制单元的输入；SOGI控制单元的输出及直流输出电压的反馈量相比较，作为电压外环控制单元的输入；电压外环控制单元的输出作为电流内环控制单元的输入。作为优选：控制器进一步包括谐波控制单元，所述谐波控制单元产生谐波控制电压信号，所述谐波控制电压信号输出至直流输出电压的反馈端，与直流输出电压的反馈量相加后，进一步与SOGI控制单元的输出相比较，作为电压外环控制单元的输入。作为优选：控制器还包括电流抑制单元，所述电流抑制单元获取交流输入电压和直流输出电压，并进一步包括用以比较交流输入电压和直流输出电压的电压比较模块，及根据电压比较模块结果生成电流抑制信号的抑制信号生成模块。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：该专利技术提出了基于二次广义积分(SecondOrderGeneralizedIntegrator,SOGI)的列车用单相整流器控制方法，能够提高锁相精度和效率。基本控制方法为电压外环和电流内环的双环控制，具有中间直流母线电压稳定、交流输入侧功率因数可控、负载突变时动态响应快速等特点；加入特定谐波消除控制，降低输入电流的总谐波畸变率；融入电流抑制控制，减小启动冲击电流。附图说明图1为现有技术中单相PWM整流器主电路拓扑图；图2为单相PWM整流器双环控制原理图；图3为单相整流器控制流程图；图4为单相整流器交流侧稳态矢量关系图；图5为SOGI控制原理图；图6为对SOGI进行离散化的三阶积分器原理图；图7为锁相环控制原理图；图8为特定谐波消除控制原理图；图9为启动冲击电流抑制策略框图；图10为单极性调制原理图；图11为直流母线电压波形图；图12为整流器交流侧电压电流波形图；图13为基于SOGI的锁相波形图；图14为单相整流器满载时交流电压和电流波形图。其中，1-调制波，2-载波，3-反相调制波，4-预充电阶段，5-软启动阶段，6-运行阶段，7-交流输入电压，8-直流母线电压，9-交流输入电流，10-启动冲击电流。具体实施方式以下，结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的描述。本专利技术首先提供了一种单相整流器的控制方法，用于单相整流器的控制。本专利技术提供的控制方法为一种基于二次广义积分的列车用单相整流器控制方法，可以提高锁相精度和效率。单相整流器包括PWM整流电路，PWM整流主电路拓扑结构如图1所示，包括单相全桥IGBT整流单元，包括交流输入部分和直流输出部分，其交流输入部分设置有电感和电阻，直流输出部分设置有储能电容。此部分为现有技术，此处不再赘述。单相整流器的控制流程如图3所示。1.单相整流器采用单相全桥PWM变换器实现电压变换，输入交流电压，输出稳定可调的直流电压。2.单相整流器正常运行流程：首先进行故障检测，满足启动条件后，通过电阻对直流母线进行预充电，结束时切除电阻，进入启动状态，开始PWM整流，待直流母线电压满足条件后，进入运行阶段，满足不同的负载工况控制，实现交流侧单位功率因数运行。3.传感器采集单相整流器输入交流电压、输入交流电流、输出直流电压作为反馈，用于单相整流器启动运行流程判断、锁相控制和PI控制。4.单相整流器正常启动流程：1-等待，进行锁相控制，对输入电压、输入电流、输出电压以及设备器件状态等进行检测，达到启动条件进入下阶段；2-预充电，预充电接触器闭合，通过电阻对直流母线电压进行充电，过一段时间(预充电时间)，并且直流母线电压达到一定数值，闭合主接触器，切除预充电电阻，进入下一阶段；3-启动，开启PWM整流，控制直流母线电压至参考值，并进入下一阶段；4-运行，控制交流侧单位功率因数运行，并对输入电流谐波进行控制，满足不同负载工况需求，维持直流母线电压稳定。对交流侧基波电压控制的PWM调制方式有两种，即单极性调制和双极性调制。在同等情况下，单极性调制比双极性调制的谐波分量小一些，控制相对复杂，本专利技术采用单极性调制。当采用单极性调制时，交流侧电压在Ud、0和0、-Ud间变换，具体调制波1、载波2、反相调制波3的波形如图10所示。设载波频率为fz，则Ua和Ub基波频率为fz，得到Uab基波实现倍频效果，频率变为2fz。双环控制输出经过坐标变换后，得到Uab参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相整流器控制方法，用于单相整流器的控制，单相整流器采用电压外环、电流内环双环控制，其特征在于，包括以下步骤：为SOGI控制单元定义SOGI传递函数：

【技术特征摘要】
1.一种单相整流器控制方法，用于单相整流器的控制，单相整流器采用电压外环、电流内环双环控制，其特征在于，包括以下步骤：为SOGI控制单元定义SOGI传递函数：其中，ω为谐振频率，等于单相整流器交流侧输入电压角速度；则，引入锁相环后单相整流器系统的闭环传递函数为：其中，k是带宽影响因数；采用三阶积分器对SOGI传递函数进行离散化处理，其中，y(n)为采样数组Y的第n个点，u(n)为采样数组U的第n个点，Ts为采样周期。进而得：其中I1、I2和I3为积分器离散化因数；对离散化处理后的SOGI传递函数进行Park变换；Park变换公式为：其中，d、q分别为dq坐标系下各坐标轴分量，α、β分别为αβ坐标系下各坐标轴分量，ωt为dq坐标系相对于αβ坐标系的角度。Park变换后的输出与q轴电压给定值比较，作为锁相环控制的输入；SOGI控制单元的输出作为电压外环控制单元的输入。2.如权利要求1所述的单相整流器控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：直流电压增加补偿的方法来消除由于二次波动引起的交流电流谐波，将单相整流器直流侧输出电压加上补偿电压后，反馈至电压外环控制的输入端，与电压我换控制的输入电压相减后作为电压外环控制的输入，所述补偿电压为：其中，Δu表示补偿电压，表示直流二次波动电压，C表示单相整流器输入端电容，Um为输入电压峰值，Im为输入电流峰值。3.如权利要求1所述的单相整流器控制方法，其特征在于：进一步包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：林显琦，杨东军，张利军，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37