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电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测系统及方法技术方案

技术编号:19750588 阅读:47 留言:0更新日期:2018-12-12 05:38
本发明专利技术公开了一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测控制系统及方法,本发明专利技术解决了电网不平衡时参考电流的计算;直流侧电压和直流侧中点电压的平衡控制;三相电流过零点畸变;电网电流单位功率因数的控制。该算法将25个电压矢量根据电流方向分为6个扇区,每个扇区中有8个电压矢量。再根据中点电压的的偏出,选出5个电压矢量,根据价值函数得到最优的空间电压矢量,最优的空间电压矢量控制开关管的状态,实现三相三电平VIENNA整流器的控制。在电网不平衡时该算法不需要电网电压和电流的正负序分离、电网电压的锁相、电流内环控制模块和调制模块。

【技术实现步骤摘要】
电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测系统及方法
本专利技术涉及一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测系统及方法。
技术介绍
传统的二极管不控整流电路和晶闸管相控整流电路功率因数低、谐波含量高,给电网注入了大量的谐波和无功功率。对大电网造成了严重的污染、降低了电网的电能质量。而三电平维也纳整流器具有并网电流波形质量高、谐波含量小、功率密度大、耐压等级高、无须考虑死区、开关器件少等优点,得到了广泛的应用。然而,三电平维也纳整流器拓扑结构的特殊性导致其三相电流过零点畸变,与中点电位平衡等固有问题。同时,电网电压不平衡在实际情况中普遍存在,特别是在弱电网中,由于电网故障、非对称的三相负载、不均匀分布的单相负载等不利因素会引起三相电网电压的不平衡。不平衡的电网电压严重影响三相三电平VIENNA整流器的安全可靠运行。在电网故障时,VIENNA整流器应该保证直流输出电压的稳定、并网电流总谐波畸变率小于5%和平均单位功率因数运行以及维持有功功率的稳定的要求。当电网电压不平衡时,如果采用理想电网条件下的控制方法,三电平VIENNA整流器输出电流谐波增大、直流侧电压波动大、有功和无功功率产生不可控的二倍频波动等问题。不满足并网电流的要求和输出的直流侧电压的要求。为了保证三电平VIENNA整流器在电网不平衡时的可靠稳定运行,减少对电网的谐波污染。必须解决并网电流畸变、三相电流过零点畸变、中点电位平衡的问题。目前针对电网电压不平衡时微电网中三相AC/DC变换器的控制问题,国内外学者提出了一些解决方法。在电网不平衡条件下,如果采取基于平衡条件下的控制算法,直流侧产生偶次谐波,在交流侧产生奇次谐波,开关器件承受的压力不同,开关器件容易损坏,严重影响微电网系统的稳定性。对于电网不平衡时三相三电平VIENNA整流器的控制策略,许多学者进行了大量研究。(1)基于正负序分离的双同步坐标系控制方法。双同步坐标系可以实现三相不平衡交流量的解耦控制,正序分量和负序分量分别在正序坐标系和负序坐标系下控制。正序分量在正序坐标系下为直流量,负序分量在负序坐标系下为直流量,所以在双同步坐标系下常采用四个PI控制器实现电网不平衡时三相三电平VIENNA整流器的控制。但是双同步坐标系控制实现的前提是实现三相不平衡交流量中正负序分量的提取。常用的提取方法有二次谐波滤除法、参数辨识法、公式分序法等。采用这种方法需要的计算量大、控制器参数多、设计复杂。(2)Tan-Sun坐标变换法,将三相不平衡的电压或者电流在不平衡坐标系下通过Tan-Sun坐标变换,得到两相幅值相同的正交的交流量,再通过Park坐标变换的到两个直流量。Tan-Sun坐标变换的引入可以将基于电网平衡条件下所有的控制算法应用到电网不平衡的控制中。但是Tan-Sun变换矩阵中的变量并不像Clark变换矩阵的参数一样是常数,它是随三相电压或电流的初相角变化而变化的,所以要实现准确的Tan-Sun坐标变换,初相角的必须精确获取。目前获取初相角常用的方法是获得初始时刻三相不平衡变量在正负序坐标系的值,再通过公式计算得到。采用这种方法实现不平衡条件下的控制,算法太复杂,计算量大。(3)采用PR控制法,在αβ静止坐标系下采用PR控制消除电流跟踪误差。PR控制器在电网频率处可以获得无穷的增益来获得更好的跟踪效果,但是PR控制器的带宽小,使得控制器对电网频率的变换很敏感。在此基础上提出了非理想的PR控制器,但是当带宽设置很高时,会影响系统的稳定性,这限制了PR控制器带宽的选择。以上方法都需要电网电压的锁相,但是在电网电压不平衡时由于负序分量的存在,电网电压的锁相会存在误差。关于电网不平衡条件下锁相的问题,目前许多学者提出的在不平衡条件下的锁相方法都是基于电网电压正序分量来估计相位的信息。电网不平衡时锁相存在误差。以上所提出的方法在电网不平衡条件对三相三电平VIENNA整流器的控制方法计算量大,算法相对复杂,控制器参数多,设计复杂。因此,针对三相三电平VIENNA整流器,在电网不平衡条件下研究一种简单有效控制方法,解决并网电流的畸变、输出电流过零点畸变、中点电压平衡的问题具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题,提出了一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测系统方法,本专利技术无需任何控制变量的正负序分离;不需要同步旋转坐标变换和复杂的滤波器,完全在静止坐标实现。为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,应用于三电平VIENNA整流器,所述三电平VIENNA整流器的开关管不设置死区时间,当电网不平衡时,所述三电平VIENNA整流器的电压外环被配置为PI控制,根据所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构,在αβ静止坐标系下利用电压和电流及其延时信号,得到VIENNA整流器并网电流的给定值,确定给定参考电压矢量,根据三相电流的方向,将三相三电平VIENNA整流器的空间电压矢量进行分区,从有限集空间电压矢量中选择一空间电压矢量,以控制下一个开关周期中各个开关管状态,实现三电平VIENNA整流器的控制。进一步的,所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构具体包括与三相电网串联的L滤波器,连接L滤波器的开关管全桥电路,与开关管全桥电路各中点连接的串联的二极管组,连在在二极管组中点与开关管全桥电路之间的直流侧滤波电容,每一相中开关管组具有串联的正接和反接的二极管,具有相通的开关驱动信号,且不设置死区时间。进一步的,在αβ静止坐标系下利用电压和电流及其延时90°的信号,根据控制目标,得到电流的给定值,所述控制目标是实现直流母线电压的稳定、平均单位功率因数运行、有功功率不存在波动。进一步的,选择空间电压矢量的具体过程为选择最接近三电平VIENNA整流器的桥臂输出电压的参考值的空间电压矢量。进一步的,三电平VIENNA整流器的空间电压矢量,根据输入电流的极性,空间电压矢量分为六个扇区,且在每个扇区中电压矢量和电流矢量的极性必须相同。更进一步的,在每个扇区中去除引起并网电流过零点畸变的电压矢量。进一步的,将每个扇区的电压矢量分成两组,当检测到上侧电容电压小于下侧电容电压时,采用使上侧电容电压增大的第一组空间电压矢量;当检测到上侧电容电压大于下侧电容电压时,采用使上侧电容电压减小的第二组空间电压矢量。一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测控制系统,应用于三电平VIENNA整流器,运行于处理器上,配置为执行以下指令:保证三电平VIENNA整流器的开关管不设置死区时间;当电网不平衡时,所述三电平VIENNA整流器的电压外环被配置为PI控制,根据所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构,在αβ静止坐标系下利用电压和电流及其延时信号,得到VIENNA整流器并网电流的给定值,确定给定参考电压矢量,根据三相电流的方向,将三相三电平VIENNA整流器的空间电压矢量进行分区,从有限集空间电压矢量中选择一个空间电压矢量,以控制下一个开关周期中各个开关管状态,实现三电平VIENNA整流器的控制。所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构具体包括与三相电网串联的L滤波器,连接L滤波器的开关管全桥电路,与开关管全桥电路各中点连接的串联的二极管组,连本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,其特征是:应用于三电平VIENNA整流器,所述三电平VIENNA整流器的开关管不设置死区时间,当电网不平衡时,所述三电平VIENNA整流器的电压外环被配置为PI控制,根据所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构,在αβ静止坐标系下利用电压和电流及其延时信号,得到VIENNA整流器并网电流的给定值,确定给定参考电压矢量,根据三相电流的方向,将三相三电平VIENNA整流器的空间电压矢量进行分区,从有限集空间电压矢量中选择一个空间电压矢量,以控制下一个开关周期中各个开关管状态,实现三电平VIENNA整流器的控制。

【技术特征摘要】
1.一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,其特征是:应用于三电平VIENNA整流器,所述三电平VIENNA整流器的开关管不设置死区时间,当电网不平衡时,所述三电平VIENNA整流器的电压外环被配置为PI控制,根据所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构,在αβ静止坐标系下利用电压和电流及其延时信号,得到VIENNA整流器并网电流的给定值,确定给定参考电压矢量,根据三相电流的方向,将三相三电平VIENNA整流器的空间电压矢量进行分区,从有限集空间电压矢量中选择一个空间电压矢量,以控制下一个开关周期中各个开关管状态,实现三电平VIENNA整流器的控制。2.如权利要求1所述的一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,其特征是:所述三电平VIENNA整流器的拓扑结构具体包括与三相电网串联的L滤波器,连接L滤波器的开关管全桥电路,与开关管全桥电路各中点连接的串联的二极管组,连在在二极管组中点与开关管全桥电路之间的直流侧滤波电容,每一相中开关管组具有串联的正接和反接的二极管,具有相通的开关驱动信号,且不设置死区时间。3.如权利要求1所述的一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,其特征是:在αβ静止坐标系下利用电压和电流及其延时90°的信号,根据控制目标,得到电流的给定值,所述控制目标是实现直流母线电压的稳定、平均单位功率因数运行、有功功率不存在波动。4.如权利要求1所述的一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,其特征是:选择空间电压矢量的具体过程为选择最接近三电平VIENNA整流器的桥臂输出电压的参考值的空间电压矢量。5.如权利要求1所述的一种电网不平衡条件下三电平VIENNA整流器模型预测方法,其特征是:三电平VIENNA整流器的空间电压矢量,根据输入电流的极性,空间电压矢量分为六个扇区,且在每个扇区中电压矢量和电流矢量的极性...

【专利技术属性】
技术研发人员:张承慧李晓艳邢相洋秦昌伟
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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