PWM整流器的直接电流控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种PWM整流器的直接电流控制方法，包括：电压采样得到有功功率、无功功率给定值；采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；延迟1/4周期后得到电压、电流延迟信号；计算得到电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量；得到新的功率给定值，并计算出电流参考值；采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到驱动信号；本发明专利技术还公开了一种采用所述PWM整流器的直接电流控制方法的直接电流控制装置。本发明专利技术提供的PWM整流器的直接电流控制方法及装置，无需旋转坐标变换，计算量小、容易实现、鲁棒性好。

【技术实现步骤摘要】
PWM整流器的直接电流控制方法及装置
本专利技术涉及电力电子
，特别是指一种PWM整流器的直接电流控制方法及装置。
技术介绍
模型预测直接电流控制无需坐标旋转变换，具有算法简单、动态响应快、以及鲁棒性好等优点而被广泛接受；而传统的模型预测电流用枚举法对最优矢量进行选取。随着对不平衡电网电压情况下PWM整流器控制的深入研究，一种新型无功功率定义被提出并被广泛应用到不平衡情况下PWM整流器的控制系统中；相对于传统无功功率定义新型无功功率定义适用范围更为宽泛，在电网平衡情况下新型无功和传统无功是等价的，但是在不平衡情况下新型无功功率有更好的控制效果。文献《Modelingandanalysisofinstantaneousactiveandreactivepowerforpwmac/dcconverterundergeneralizedunbalancednetwork》把新型无功功率应用到VOC框架，但是它依然需要对电网电压和电网电流进行正负序分解；文献《Controlofthree-phasePWMrectifierinstationaryframeunderunbalancedinputvoltage》做了一定的改进，不需要对电网电压和电网电流进行正负序分解，但是它需要一个比例谐振器(PR)对电流进行控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种PWM整流器的直接电流控制方法及装置，不需要对电网电压和电网电流进行正负序分解，并且完全在静止坐标系下实现，可以增强对电网电压不平衡的适应性，达到和平衡电网下类似的运行效果。基于上述目的本专利技术提供的PWM整流器的直接电流控制方法，包括：根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行；利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号；经过计算得到控制目标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母线电压无波动的有功功率和新型无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量；由作为功率补偿值的电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量加上传统功率给定值得到新的功率给定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值；在静止坐标系下，通过采样电网电流的瞬时值，并预测下一时刻的电流瞬时值，然后采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号。在一些实施方式中，所述根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行的步骤中，有功功率给定值是由给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压而得到。在一些实施方式中，所述将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号的步骤中：通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号的计算公式为：其中，eα、eβ分别为通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电压信号，iα、iβ分别为通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电流信号；通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电压信号进一步通过延迟1/4周期得到的电压信号表达式为：通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电流信号进一步通过延迟1/4周期得到的电流信号表达式为：其中T为一个工频周期，对于50Hz电网来说为0.02s。在一些实施方式中，所述经过计算得到控制目标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母线电压无波动的有功功率和新型无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量的步骤中：电感消耗有功功率表达式为：PL＝-1.5ωL(iαi'α+iβi'β)，电感消耗新型无功功率表达式为：QL＝1.5ωL(iαiα+iβiβ)，其中ω为电网角频率，L为整流器交流侧的每相输入电感；电感消耗的有功功率和新型无功功率中包含了直流分量和交流分量，为了让变换器侧功率恒定，补偿值应为消耗功率中的交流分量：电感消耗的有功功率的交流分量表达式为：电感消耗新型无功功率的交流分量表达式为：在一些实施方式中，所述由作为功率补偿值的电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量加上传统功率给定值得到新的功率给定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值的步骤中：新的功率给定值表达式为：由新的功率给定值计算所得的电流参考值表达式为：在一些实施方式中，所述采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号的步骤包括：k+1时刻的零矢量电流瞬时值表达式为：k+1时刻的非零矢量电流瞬时值表达式为：其中：Ig＝iα+jiβ，e＝eα+jeβ；其中零矢量和给定参考电流之间的误差表达式为：其中非零矢量和给定参考电流之间的误差表达式为：由零矢量和给定参考电流之间的误差得到最优非零矢量所在扇区k：其中，k＝(1,2,3,4,5,6)；以电流矢量负值为变量，在k+1时刻，零矢量或非零矢量作用下，-I与给定值之间的误差，判断是否成立，以判断选取零矢量还是非零矢量；若成立，则选择非零矢量为最优矢量；由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号对开关管进行驱动。本专利技术的另一方面还提供了一种采用所述的PWM整流器的直接电流控制方法的PWM整流器的直接电流控制装置，包括依次连接的三相电压源、三相滤波电感、整流桥主电路、直流侧电容、负载；以及，分别从三相电压源输出端及三相滤波电感输出端进行电压、电流采样的电压电流采样电路，对电压电流采样电路的电压电流数据进行运算控制的DSP控制器，驱动电路；其中，所述电压电流采样电路利用电压霍尔传感器采集三相网侧交流电压和整流器直流侧电压，利用电流霍尔传感器采集三相网侧交流电流，经过信号调理电路后进入DSP控制器转换为数字信号；DSP控制器完成如权利要求1-6任意一项所述的PWM整流器的直接电流控制方法的运算，输出六路PWM脉冲，最后经过驱动电路得到整流器的六个开关管的驱动信号。从上面所述可以看出，本专利技术提供的PWM整流器的直接电流控制方法及装置，不需要对电网电压和电网电流进行正负序分解，无需坐标旋转变换，仅需要算出新的电流参考值，并且完全在静止坐标系下实现，且仿真验证了本专利技术所提出的控制方法的有效性和实用性。本专利技术提出的快速选择矢量的模型预测电流控制方法，这种新型的控制方法既可以在理想电网下完美运行同时也可以在电网电压不平衡情况下良好运行，本专利技术旨在通过对现有PWM整流器模型预测直接电流控制的方法进行改进，提出一种快速矢量选择模型预测直接电流控制，从而可以增强对电网电压不平衡的适应性，包括消除直流输出电压脉动，减小网侧电流的谐波，达到和平衡电网下类似的运行效果。和传统的模型预测直接电流控制类似，但是在矢量选择上本专利技术的快速矢量选择具有快速性和简便性；因此具有算法简单、动态响应快，对系统参数扰动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PWM整流器的直接电流控制方法，其特征在于，包括：根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行；利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号；经过计算得到控制目标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母线电压无波动的有功功率和新型无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量；由作为功率补偿值的电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量加上传统功率给定值得到新的功率给定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值；在静止坐标系下，通过采样电网电流的瞬时值，并预测下一时刻的电流瞬时值，然后采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种PWM整流器的直接电流控制方法，其特征在于，包括：根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行；利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号；经过计算得到控制目标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母线电压无波动的有功功率和无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和无功功率的交流分量；电感消耗有功功率表达式为：PL＝-1.5ωL(iαi'α+iβi'β)，电感消耗无功功率表达式为：QL＝1.5ωL(iαiα+iβiβ)，其中ω为电网角频率，L为整流器交流侧的每相输入电感，iα、iβ分别为将所述电网侧电压通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电流信号；由作为功率补偿值的电感上消耗的有功功率和无功功率的交流分量加上传统功率给定值得到新的功率给定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值；所述新的功率给定值表达式为：所述由新的功率给定值计算所得的电流参考值表达式为：其中Pref为所述传统功率给定值中的电感消耗有功功率，Qref为所述传统功率给定值中的电感消耗无功功率；为所述电感消耗有功功率PL的交流分量，为所述电感消耗无功功率QL的交流分量，eα、eβ分别为将所述电网侧电压通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电压信号；在静止坐标系下，通过采样电网电流的瞬时值，并预测下一时刻的电流瞬时值，然后采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流：选择当前时刻和下一时刻电流值矢量中与所述电流参考值误差较小的电流值矢量作为最优矢量；由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号。2.根据权利要求1所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行的步骤中，有功功率给定值是由给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压而得到。3.根据权利要求2所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号的步骤中：通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号的计算公式为：其中，eα、eβ分别为通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电压信号，iα、iβ分别为通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电流信号；通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电压信号进一步通过延迟1/4周期得到的电压延迟信号表达式为：通过3/2变换后的α相坐标、β相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永昌，曲昌琦，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11