三相变流器及其控制方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三相变流器及其控制方法、装置，所述方法包括以下步骤：获取dq轴电流和电压矢量的相位角；根据dq轴给定电流、dq轴电流和上一周期的第一dq轴限幅电压获得当前周期的dq轴电压；根据dq轴给定电流、dq轴电流和上一周期的第二dq轴限幅电压获得当前周期的dq轴谐波电压；根据电压矢量的相位角、dq轴给定电流获得当前周期的dq轴死区补偿电压，并将当前周期的dq轴电压、dq轴谐波电压和dq轴死区补偿电压进行累加以获得dq轴期望电压，并对dq轴期望电压进行电压限幅处理以获得dq轴实际输出电压，以对三相变流器进行控制，同时获取当前周期的第一、第二dq轴限幅电压。该方法不仅能有效抑制谐波电流，而且谐波控制响应速度快，退饱和速度快。

Three-phase Converter and Its Control Method and Device

The invention discloses a three-phase converter and its control method and device. The method comprises the following steps: obtaining the phase angle of the DQ axis current and voltage vector; obtaining the DQ axis voltage of the current cycle according to the given current of the DQ axis, the DQ axis current and the first DQ axis limiting voltage of the previous cycle; obtaining the appropriate DQ axis voltage according to the given current of the DQ axis, the DQ axis current and the second DQ axis limiting voltage of the previous cycle. The DQ axis harmonic voltage of the preceding period; the DQ axis dead-time compensation voltage of the current period is obtained according to the phase angle of the voltage vector and the given current of the DQ axis, and the DQ axis voltage, the DQ axis harmonic voltage and the DQ axis dead-time compensation voltage of the current period are accumulated to obtain the expected DQ axis voltage, and the expected DQ axis voltage is processed by voltage limiting to obtain the actual output voltage of the DQ axis in order to achieve the three-phase converter. The first and second DQ axis limiting voltages of the current cycle are obtained simultaneously. This method can not only effectively suppress the harmonic current, but also has fast response speed and fast desaturation speed.

【技术实现步骤摘要】
三相变流器及其控制方法、装置
本专利技术涉及谐波电流控制
，特别涉及一种三相变流器的控制方法、一种三相变流器的控制装置以及一种三相变流器。
技术介绍
变流器的电流控制环节一般需要将电流控制为正弦波电流，使得谐波电流达到最小，但是由于系统的非理想因素，造成谐波电流控制较难实现，其中，非理想因素主要包括变流器功率器件死区时间造成的电压谐波和电压源本身所含有的电压谐波(如电网电压谐波或者电机反电动势中含有的谐波)。
技术实现思路
本申请是专利技术人基于对以下问题的思考和研究所做出的：在变流器中，由于功率器件的开通和关断存在延时，所以存在同一桥臂的上下两个开关管中的一个还未完全关断，另一个已经开通，导致桥臂直通，开关管损坏，如图1所示。因此，必须在同一桥臂的上下两个开关管的驱动信号上插入死区时间Td，如图2所示，其中S1、S3为理想输出信号，S1＇和S3＇为实际输出信号，这样可以有效避免同一桥臂的上下两个开关管同时导通。但是，死区时间的加入会导致实际输出的电压波形发生畸变，从而影响入网电流谐波，使得实际输出电压能力降低。通过对开关管的换流特性分析可知，死区时间对输出电压的影响与电流极性相关。根据下述公式(1)可知，由死区时间带来的误差电压的大小只与开关周期Tpwm、死区时间Td以及直流母线电压Udc有关，与调制电压的大小和频率均无关。因此，在输出基波一定时，如果开关频率不变，则死区时间越大，死区所产生的影响(偏差电压)就越大；如果死区时间不变，则开关频率越大，死区所产生的影响就越大。其中，Ureal为实际输出电压，Uideal为理想输出电压。以上就是死区电压产生的原因，在死区电压的影响下，将产生电压谐波。对于电压源本身所含有的电压谐波，如电网电压谐波或者电机反电动势中含有的谐波，主要包括5次、7次、11次和13次谐波，有时也包含其它次谐波，还有三相不对称的情况发生。而电压源含有的电压谐波在电流控制环节中作为扰动分量起作用，基波电压分量在dq轴旋转坐标系下是直流量，而谐波电压分量在dq轴坐标系下为交流量。因此，单纯的依靠电流调节器进行控制，由于受限于电流环的调节速度，通常无法保证较好的跟踪能力。为了在这些情况下仍能保证三相电流对称、正弦度高，通常需要增加谐波电流控制环节。由于死区电压所产生的谐波电压以5次和7次为主，因此在增加了谐波电流控制环节后，对死区电压也有补偿作用，可以达到较好的稳态效果。相关技术中，主要通过重复控制器来实现谐波电流的控制，例如，将电流调节器与重复控制器进行并联以实现电流的控制，或者将电流调节器与重复控制器进行串联以实现电流的控制。虽然基于重复控制器的谐波控制方法可以补偿死区电压对谐波的影响，但是由于电压源的谐波电压是不会经常发生变化的，可以认为谐波电压与电源的基波电压具有固定的相位关系，而死区电压是与电流的相位相关的，即谐波主要分为两类，一类是与电压相位相关量，一类是与电流相位相关量，所以当仅采用谐波电流控制来补偿死区影响的话，在电压和电流的相位发生突变时，谐波电流调节器需要一个响应时间才能调节到稳定状态，而一般情况下谐波电流调节器的带宽较低，使得需要较长的时间才能达到谐波控制的效果，即谐波电流控制环节的响应速度是较慢的。另外，电流调节器的输出电压存在调制饱和问题，尤其是在同时存在电流调节器和谐波电流调节器的情况下，如何进行电压协同限幅也是一个问题，如处理不当，会造成电流调节器退饱和慢，降低电流控制的响应速度。本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种三相变流器的控制方法，针对电压源的谐波电压引入谐波电流控制，同时针对死区电压的谐波电压引入死区补偿，从而不仅可以有效抑制由电压源和死区电压造成的谐波电流，而且可以加快谐波电流控制的响应速度，同时由于对电流环和谐波电流环做了自适应限幅，因而可以加快相应调节器的退饱和速度，加快电流控制的收敛速度。本专利技术的第二个目的在于提出一种三相变流器的控制装置。本专利技术的第三个目的在于提出一种三相变流器。为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种三相变流器的控制方法，包括以下步骤：采样三相电流和三相电压；对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流，并根据所述三相电压进行电压矢量相位计算以获得电压矢量的相位角；根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，并根据上一周期的第一dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴电压；根据所述dq轴给定电流、所述dq轴电流进行谐波电流调节计算，并根据上一周期的第二dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴谐波电压；根据所述电压矢量的相位角、所述dq轴给定电流进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压，并将所述当前周期的dq轴电压、所述当前周期的dq轴谐波电压和所述当前周期的dq轴死区补偿电压进行累加以获得当期周期的dq轴期望电压，以及对所述当期周期的dq轴期望电压进行电压限幅处理以获得当前周期的dq轴实际输出电压；根据所述当前周期的dq轴实际输出电压、所述当前周期的dq轴死区补偿电压和所述当前周期的dq轴电压获得当前周期的第一dq轴限幅电压和当前周期的第二dq轴限幅电压，并根据所述当前周期的dq轴实际输出电压对所述三相变流器进行控制。根据本专利技术实施例的三相变流器的控制方法，首先采样三相电流和三相电压，并对三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流，以及根据三相电压进行电压矢量相位计算以获得电压矢量的相位角。然后，根据dq轴给定电流、dq轴电流进行电流调节计算，并根据上一周期的第一dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴电压，同时根据dq轴给定电流、dq轴电流进行谐波电流调节计算，并根据上一周期的第二dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴谐波电压，同时还根据电压矢量的相位角、dq轴给定电流进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压。最后，将当前周期的dq轴电压、当前周期的dq轴谐波电压和当前周期的dq轴死区补偿电压进行累加以获得当期周期的dq轴期望电压，并对当期周期的dq轴期望电压进行电压限幅处理以获得当前周期的dq轴实际输出电压，以对三相变流器进行控制。从而不仅可以有效抑制由电压源和死区电压造成的谐波电流，而且可以加快谐波电流控制的响应速度，以及加快相应调节器的退饱和速度，加快电流控制的收敛速度。另外，根据本专利技术上述实施例提出的三相变流器的控制方法还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的一个实施例，根据所述电压矢量的相位角、所述dq轴给定电流进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压，包括：根据所述dq轴给定电流进行电流相位计算以获得电流相位角，并将所述电流相位角与所述电压矢量的相位角进行累加以获得电流矢量角度；根据所述电流矢量角度计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压。根据本专利技术的一个实施例，根据以下公式计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压：其中，udtc_d为d轴死区补偿电压，udtc_q为q轴死区补偿电压，Td为死区时间，Tpwm为开关周期，Udc为当前直流母线电压幅值，θu为所述电压矢量的相位角，k为角度系数，并且，θi_0为电流矢量过零点的相位角。根据本专利技术的一个实施例，采用重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相变流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采样三相电流和三相电压；对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流，并根据所述三相电压进行电压矢量相位计算以获得电压矢量的相位角；根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，并根据上一周期的第一dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴电压；根据所述dq轴给定电流、所述dq轴电流进行谐波电流调节计算，并根据上一周期的第二dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴谐波电压；根据所述电压矢量的相位角、所述dq轴给定电流进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压，并将所述当前周期的dq轴电压、所述当前周期的dq轴谐波电压和所述当前周期的dq轴死区补偿电压进行累加以获得当期周期的dq轴期望电压，以及对所述当期周期的dq轴期望电压进行电压限幅处理以获得当前周期的dq轴实际输出电压；根据所述当前周期的dq轴实际输出电压、所述当前周期的dq轴死区补偿电压和所述当前周期的dq轴电压获得当前周期的第一dq轴限幅电压和当前周期的第二dq轴限幅电压，并根据所述当前周期的dq轴实际输出电压对所述三相变流器进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种三相变流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采样三相电流和三相电压；对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流，并根据所述三相电压进行电压矢量相位计算以获得电压矢量的相位角；根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，并根据上一周期的第一dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴电压；根据所述dq轴给定电流、所述dq轴电流进行谐波电流调节计算，并根据上一周期的第二dq轴限幅电压进行电压限幅处理，以获得当前周期的dq轴谐波电压；根据所述电压矢量的相位角、所述dq轴给定电流进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压，并将所述当前周期的dq轴电压、所述当前周期的dq轴谐波电压和所述当前周期的dq轴死区补偿电压进行累加以获得当期周期的dq轴期望电压，以及对所述当期周期的dq轴期望电压进行电压限幅处理以获得当前周期的dq轴实际输出电压；根据所述当前周期的dq轴实际输出电压、所述当前周期的dq轴死区补偿电压和所述当前周期的dq轴电压获得当前周期的第一dq轴限幅电压和当前周期的第二dq轴限幅电压，并根据所述当前周期的dq轴实际输出电压对所述三相变流器进行控制。2.如权利要求1所述的三相变流器的控制方法，其特征在于，根据所述电压矢量的相位角、所述dq轴给定电流进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压，包括：根据所述dq轴给定电流进行电流相位计算以获得电流相位角，并将所述电流相位角与所述电压矢量的相位角进行累加以获得电流矢量角度；根据所述电流矢量角度计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压。3.根据权利要求2所述的三相变流器的控制方法，其特征在于，根据以下公式计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压：其中，udtc_d为d轴死区补偿电压，udtc_q为q轴死区补偿电压，Td为死区时间，Tpwm为开关周期，Udc为当前直流母线电压幅值，θu为所述电压矢量的相位角，k为角度系数，并且，θi_0为电流矢量过零点的相位角。4.根据权利要求1-3中任一项所述的三相变流器的控制方法，其特征在于，采用重复控制器进行谐波电流调节计算。5.根据权利要求1所述的三相变流器的控制方法，其特征在于，根据以下公式计算当前周期的第一dq轴限幅电压：其中，ud_max1为第一d轴限幅电压，ud2_max为d轴实际输出电压对应的限幅电压，udtc_d为d轴死区补偿电压，uq_max1为第一q轴限幅电压，uq2_max为q轴实际输出电压对应的限幅电压，udtc_q为q轴死区补偿电压。6.根据权利要求5所述的三相变流器的控制方法，其特征在于，根据以下公式计算当前周期的第二dq轴限幅电压：其中，ud_max2为第二d轴限幅电压，ud_max1为第一d轴限幅电压，ud为d轴电压，uq_max2为第二q轴限幅电压，uq_max1为第一q轴限幅电压，uq为d轴电压。7.一种三相变流器的控制装置，其特征在于，包括：采样模块，用于采样三相电流和三相电压；电流获取模块，用于对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流；电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹亮，姜凯，
申请(专利权)人：美的集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44