一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法，该方法可在保持直流侧电容电压稳定的前提下，在两相静止坐标系下分别对系统输出的有功功率和无功功率进行直接控制，快速响应系统的有功功率和无功功率需求；无需提取电网电压的矢量角信息，在电网电压出现三相不平衡时仍能实现准确定向。因此，本发明专利技术可应用在三相电压源型整流器出现的场合，能够有效地应对电网电压的畸变。

A direct power control method for three phase voltage source rectifier based on two phase stationary coordinate system

The invention discloses a direct power control method for a three-phase voltage source rectifier based on two-phase stationary coordinate system. The method can directly control the active power and reactive power output of the system in two-phase stationary coordinate system and rapidly respond to the active power of the system while maintaining the voltage stability of the capacitor on the DC side. Power and reactive power requirements; no need to extract the grid voltage vector angle information, the grid voltage in the three-phase unbalance can still achieve accurate orientation. Therefore, the invention can be applied to the occasion where the three-phase voltage source rectifier appears, and can effectively deal with the distortion of the grid voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法
本专利技术属于整流器控制
，具体涉及一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法。
技术介绍
随着现代电力电子技术的发展，三相电压源型整流器已具备电网侧电流正弦化且可单位功率因数运行、能量双向传输等优点。因此，该整流器被广泛应用在不间断电源UPS(UninterruptablePowerSupply)、交流调速、风力发电和光伏发电等新能源领域。对于三相电压型整流器来说，并网控制是基本要求，其控制性能的优劣直接影响到整流器的应用。现有的整流器并网控制技术主要有电压定向控制(VoltageOrientedCongtrol)、虚拟磁链定向控制(Virtual-fluxOrientedControl)、直接功率控制(DirectPowerControl)和预测直接功率控制(PredictiveDirectPowerControl)等。电压定向控制和虚拟磁链定向控制是基于对电流的间接控制，其控制性能取决于电流环所采取的控制策略。直接功率控制具有高动态性能、控制方法简单、容易实现等优点，因此被国内外的学者和专家广泛关注并深入研究。目前，基于开关表的直接功率控制方案，虽然具备很高的动态性能和鲁棒性等优点，但其开关频率不固定，所需要的采样频率较高。基于电网电压定向或虚拟磁链定向的直接功率控制都需要通过锁相环技术来获取相应的位置信号，当三相电网电压不平衡或电流畸变时，会严重影响定向的精度，进而影响整流器的控制性能。
技术实现思路
针对现有技术所存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法。该方法在两相静止坐标系下实施，无需通过锁相环来提取电网电压矢量角的信息，因此在三相电网电压平衡和不平衡的条件下，均能实现对整流器输出有功功率和无功功率的直接控制。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的的技术方案是：一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法，包括如下步骤：(1)分别采集三相电压源型整流器的直流侧电容电压udc、三相电网电压esa、esb和esc、三相电网电流isa、isb和isc；(2)根据Clarke变换矩阵，分别计算三相电网电压在两相静止坐标系下的α轴分量esα和β轴分量esβ、三相电网电流在两相静止坐标系下α轴分量isα和β轴分量isβ；(3)直流侧电容电压给定值的平方与直流侧电容电压udc的平方之间的差值，经PI控制器调节后得到有功功率的给定值P*，无功功率的给定值Q*按照系统需要设定；(4)根据瞬时功率理论，利用三相电网电压的αβ轴分量esα、esβ和三相电网电流的αβ轴分量isα、isβ，计算出整流器输出的实际有功功率P和无功功率Q；(5)三相电压源型整流器有功功率的给定值P*与实际有功功率P之间的差值，经PI控制器调节后，再添加上无功功率的解耦分量ωsLQ，计算出中间变量x；(6)三相电压源型整流器无功功率的给定值Q*与实际无功功率Q之间的差值，经PI控制器调节后，再添加上有功功率的解耦分量-ωsLP，计算出中间变量y；(7)将中间变量x、y送入参考电压矢量计算模块中，计算出整流器交流侧输出电压αβ轴分量的给定值(8)将和直流电容电压udc送入SVPWM调制模块中，生成用于控制三相电压源型整流器各相桥臂IGBT开通和关断所需的脉冲信号，在保证直流侧电容电压udc稳定的前提下，实现对整流器输出有功功率P和无功功率Q的有效控制。步骤(4)中所述的整流器实际输出的有功功率P和无功功率Q的计算表达式为：步骤(5)中所述的无功功率的解耦分量ωsLQ，其中，L为三相电压源型整流器交流侧与电网之间连接电感的电感值，ωs为电网的角频率，基本上可以将其当作常数100π。步骤(7)中所述的参考电压矢量计算模块的算法如下：令可得：步骤(8)中所述的SVPWM调制模块，可根据udc和设定的开关频率，生成驱动三相电压源型整流器所需要的控制信号。本专利技术的有益效果是：直接在两相静止坐标系下进行相关控制，无需获取电网电压的矢量角，因此，在电网电压不平衡时，仍能保持较高的控制性能；内环直接以系统的有功功率P和无功功率Q为控制对象，可获得较高的功率响应速度；整个控制系统，结构简单，易于工程实现。附图说明图1为三相电压源型整流器的结构示意图。图2为基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制算法的系统结构图。图3(a)为本专利技术所述控制算法的总的结构框图。图3(b)为本专利技术所述控制算法的有功功率控制回路的结构框图。图3(c)为本专利技术所述控制算法的无功功率控制回路的结构框图。图3(d)为本专利技术所述控制算法的直流电容电压控制回路的结构框图。图4(a)为本专利技术所述控制算法在系统给定无功功率Q*＝0，负载电阻RL由64Ω切换到32Ω，也即系统负载由2.5kW切换到5.0kW时，三相电压源型整流器的输出情况：从上到下依次为电网A相电压esa和电流isa、直流侧电容电压udc、有功功率P、无功功率Q。图4(b)为本专利技术所述控制算法在负载电阻RL为64Ω，即系统负载为2.5kW，系统给定无功功率Q*由0切换到2.5kVar时，三相电压源型整流器的输出情况：从上到下依次为电网A相电压esa和电流isa、直流侧电容电压udc、有功功率P、无功功率Q。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，本实例三相电压源型整流器主电路拓扑包括负载电阻RL、直流侧电容C、六个IGBT、整流器交流侧与电网之间的连接电抗器L和连接电阻R等。esa、esb和esc为三相电网电压，isa、isb和isc为三相电网电流，udc为直流侧电容电压，idc为整流器直流侧总电流，iC为直流侧电容电流，iL为负载电流，箭头所示方向为电流正方向，L和R分别为交流侧电感值和电阻值。本专利技术所述的基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法的步骤如下：根据基尔霍夫电压定理和基尔霍夫电流定理，三相电压源型整流器在三相abc坐标系下的数学模型可以表示为：其中，Sa、Sb和Sc分别为abc相桥臂的开关函数。将式(1)和式(2)分别进行Clarke变换，可得整流器在两相静止坐标系下的数学模型：其中，Sα和Sβ分别为等效的αβ相桥臂的开关函数。三相电压源型整流器在两相静止坐标系下输出的有功功率和无功功率可以表示为根据式(3)和式(5)，以功率为状态变量的整流器数学模型可以表示为令和若则整流器交流侧输出的电压可以表示为如图2所示，根据式(6)，可将有功功率给定值和实际值之间的差值经PI控制器调节并添加无功功率解耦环节ωsLQ后作为x的值，将无功功率给定值和实际值之间的差值经PI控制器调节并添加有功功率解耦环节-ωsLP后作为y的值。随后，可利用式(7)，计算出整流器交流侧输出电压的给定值然后，通过SVPWM调制算法，生成相应的脉冲信号，来控制整流器中IGBT的开通和关断。根据等效的αβ相桥臂的开关函数Sα和Sβ的信号特点，可以认为Sα和Sβ在一个采样周期内的平均值分别等于usα/udc和usβ/udc。将其代入式(4)中，可以得到直流侧电容电压的状态方程：经整理，可得如图2所示，根据式(9)，可将直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法，包括如下步骤：(1)分别采集三相电压源型整流器的直流侧电容电压udc、三相电网电压esa、esb和esc、三相电网电流isa、isb和isc；(2)根据Clarke变换矩阵，分别计算三相电网电压在两相静止坐标系下的α轴分量esα和β轴分量esβ、三相电网电流在两相静止坐标系下α轴分量isα和β轴分量isβ；(3)直流侧电容电压给定值

【技术特征摘要】
1.一种基于两相静止坐标系的三相电压源型整流器直接功率控制方法，包括如下步骤：(1)分别采集三相电压源型整流器的直流侧电容电压udc、三相电网电压esa、esb和esc、三相电网电流isa、isb和isc；(2)根据Clarke变换矩阵，分别计算三相电网电压在两相静止坐标系下的α轴分量esα和β轴分量esβ、三相电网电流在两相静止坐标系下α轴分量isα和β轴分量isβ；(3)直流侧电容电压给定值的平方与直流侧电容电压udc的平方之间的差值，经PI控制器调节后得到有功功率的给定值P*，无功功率的给定值Q*按照系统需要设定；(4)根据瞬时功率理论，利用三相电网电压的αβ轴分量esα、esβ和三相电网电流的αβ轴分量isα、isβ，计算出整流器输出的实际有功功率P和无功功率Q；(5)三相电压源型整流器有功功率的给定值P*与实际有功功率P之间的差值，经PI控制器调节后，再添加上无功功率的解耦分量ωsLQ，计算出中间变量x；其中，L为三相电压源型整流器交流侧与电网之间连接电感的电感值，ωs为电网的角频率；(6)三相电压源型整流器无功功率的给定值Q*与实际无功功率Q之间的差值，经PI控制器调节后，再添加上有...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泉坤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33