一种用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法技术

本发明专利技术公开一种用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法。该控制方法采用电网电压前馈和母线电压波动前馈两者结合的办法解决快速大幅波动工况下PWM整流器的稳定运行问题。具体如下：1)采样三相电网电压，利用滑动平均滤波器进行滤波(截止频率选为系统带宽频率附近)，前馈到电流环输出。2)采样直流母线电压，利用电压的变化量，求取直流母线电流的波动变化量，前馈到直流母线电压环输出。通过两种方式的结合，避免了高频前馈的可能引起的振荡问题，由解决了滤波带来的延时导致前馈效果减弱的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法
本专利技术属于电力电子控制领域，涉及一种PWM整流器的控制方法。
技术介绍
在配电网领域，因为一般系统容量都不大，同时有很多存在冲击性负荷的现场，因为冲击性负荷反复工作，导致电网电压发生较为快速及剧烈的波动，比如钢厂在轧钢瞬间电弧炉的功率很大，多台设备随机进行轧钢，导致电网电压非常频繁剧烈的波动。再比如石油勘探现场，多台磕头机的随机工作，导致电网电压的剧烈波动。类似的还有铝厂、汽车制造等。对于在这样的现场应用的带PWM整流器的电源、或者APF、SVG等PWM整流设备，其必须对电网的快速剧烈的波动具有非常好的适应能力。当前对于电网快速波动工况下，PWM整流器的适应性，行业内其实有效的措施并不多。居多采用提高开环增益或者增加电网电压前馈的措施，对于上述几个现场，一般PWM整理器的功率都很大，开环增益的提高非常有限。增加电网电压前馈是一个很好的办法，但是必须增加滤波器，将可能会引起系统振荡的噪声率除掉，但是滤波器势必会导致电网电压前馈的实时性变差，进而效果变差，电网电压稍微快速大幅的波动，设备已经过流或过压保护。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决电网电压快速大幅波动工况下PWM整流器的稳定运行问题，提出一种新的三相PWM整流器的控制方法。本专利技术的技术方案如下：与现有技术相比，本专利技术采用电网电压前馈和母线电压波动前馈，两者结合的办法解决快速大幅波动工况下PWM整流器的稳定运行问题。具体如下：1)采样三相电网电压，利用滑动平均滤波器进行滤波(截止频率选为系统带宽频率附近)，前馈到电流环输出。2)采样直流母线电压，利用电压的变化量，求取直流母线电流的波动变化量，前馈到直流母线电压环输出。为了较好地发挥本专利技术控制方法的效果，进一步设置PWM整流器拓扑结构：拓扑采用电压型三相变流器，功率器件采用IGBT，逆变桥通过LCL的滤波方式与电网相连接，直流侧采用电解电容(大容量)。具体实现步骤如下：a.采样三相电网电压，利用基于瞬时无功理论的软锁相算法对电网的相角进行锁相，得到电网角度θ。b.采样直流母线电压值与给定电压800V做差，得到误差信号，利用PI调节器进行控制调节，得到信号Udc_k。c.利用采样到的直流母线电压，结合直流母线的电容量，得到直流侧电容的电流波动量，乘以比例系数k，得到Udc_i，此即为直流母线电压波动的前馈值。d.Udc_k与ΔUdc_i求和结果作为有功轴的分量，无功轴分量赋值为0，进行DQ/ABC坐标系的变换，得到三相有功指令Iap(t)、Ibp(t)、Icp(t)。e.采样三相电感电流瞬时值Ia(t)、Ib(t)、Ic(t)，环节d得到的Iap(t)、Ibp(t)、Icp(t)与Ia(t)、Ib(t)、Ic(t)分别利用P调节器进行闭环控制，得到三相调制波。f.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用滑动平均滤波器进行滤波，滤波器的截止频率选为带宽附近频率，乘以比例系数k，得到三相电网电压前馈值Ua_q，Ub_q，Uc_q。g.三相电网电压前馈值Ua_q，Ub_q，Uc_q分别与e所得每相调制波数值相加。h.g所得量值经过ABC/αβ坐标系变化，得到α、β轴分量，送入空间矢量模块SVPWM，得到三相六只管子的PWM驱动波，实现整个系统的控制运行。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用电网电压前馈和母线电压波动前馈两者结合的办法解决快速大幅波动工况下PWM整流器的稳定运行问题。通过两种方式的结合，避免了高频前馈的可能引起的振荡问题，由解决了滤波带来的延时导致前馈效果减弱的问题。此方法具有非常大的应用前景。附图说明图1是本专利技术的主电路拓扑结构示意图。图2是本专利技术控制方法的控制框图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术进一步详细说明：如图1所示为PWM整流器拓扑结构：拓扑采用电压型三相变流器结果，功率器件采用IGBT，逆变桥通过LCL的滤波方式与电网相连接，直流侧采用大容量的电解电容。本专利技术的三相PWM整流器的控制方法实现步骤如图2所示：a.采样三相电网电压，利用基于瞬时无功理论的软锁相算法对电网的相角进行锁相，得到电网角度θ。b.采样直流母线电压值与给定电压800V做差，得到误差信号，利用PI调节器进行控制调节，得到信号Udc_k。采用的PI调节器：U＝Rk-1+Kp*ekumax(U＞umax)uk＝umin(U≤umax)URk＝Rk-1+KI*ek+Kc(uk-U)其中Kc修正系数Kp＝6.0，KI＝0.5。c.利用采样到的直流母线电压，结合直流母线的电容量，得到直流侧电容的电流波动量，乘以比例系数k，得到Udc_i，此即为直流母线电压波动的前馈值。此处充分利用数字控制计算的便利性。本系统直流母线电容容量为5500uF；直流母线控制周期为0.6ms，直流母线电压的采样频率为20KHz。将控制周期0.6ms，分为3份，分别计算其的母线电流变化量，三份求取平均，防止因为采样到噪声或采样值的异常导致前馈的过大。具体公式如下：其中，Udc0，Udc0.2，Udc0.4，Udc0.6分别是0时刻、0.2ms时刻、0.4ms时刻、0.6ms时刻的母线电压数值，Δt为0.2ms。d.Udc_k与ΔUdc_i求和结果作为有功轴的分量，无功轴分量赋值为0，进行DQ/ABC坐标系的变换，得到三相有功指令Iap(t)、Ibp(t)、Icp(t)。变换公式如下：其中，其中，e.采样三相电感电流瞬时值Ia(t)、Ib(t)、Ic(t)，c中得到的Iap(t)、Ibp(t)、Icp(t)与Ia(t)、Ib(t)、Ic(t)分别利用P调节器进行闭环控制，得到三相调制波。f.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用滑动平均滤波器进行滤波，滤波器的截止频率选为带宽附近频率，乘以比例系数k，得到三相电网电压前馈值Ua_q，Ub_q，Uc_q。电网电压实时前馈需要加低通滤波器，如果不加滤波，带宽以外的噪声进入控制系统，会噪声系统的振荡。所以选择带宽附近的频率作为滤波器的截止频率，这样一方面可以防止振荡，一方面最大限度的使用电网电压实时前馈。本系统采用5ms的滑动平均滤波器。滑动平均滤波器的具体实现公式：其中N为10，x(i)电网电压瞬时值。g.三相电网电压前馈值Ua_q，Ub_q，Uc_q分别与e所得每相调制波数值相加。h.g所得量值经过ABC/αβ坐标系变化，得到α、β轴分量，送入空间矢量模块SVPWM，得到三相六只管子的PWM驱动波，实现整个系统的控制运行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：同时进行电网电压前馈和母线电压波动前馈；具体分别如下：电网电压前馈：采样三相电网电压，利用滑动平均滤波器进行滤波，截止频率选为系统带宽频率附近，前馈到电流环输出；母线电压波动前馈：采样直流母线电压，利用电压的变化量，求取直流母线电流的波动变化量，前馈到直流母线电压环输出。

【技术特征摘要】
1.一种用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：同时进行电网电压前馈和母线电压波动前馈；具体分别如下：电网电压前馈：采样三相电网电压，利用滑动平均滤波器进行滤波，截止频率选为系统带宽频率附近，前馈到电流环输出；母线电压波动前馈：采样直流母线电压，利用电压的变化量，求取直流母线电流的波动变化量，前馈到直流母线电压环输出。2.根据权利要求1所述的用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：所述三相PWM整流器的拓扑结构，采用电压型三相变流器，功率器件为IGBT，逆变桥通过LCL的滤波方式与电网相连接，直流侧采用电解电容。3.根据权利要求1所述的用于电网电压快速大幅波动工况下的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：具体通过以下环节实现：a.采样三相电网电压，利用软锁相算法对电网的相角进行锁相，得到电网角度θ；b.采样直流母线电压值与给定电压做差，得到误差信号，利用PI调节器进行控制调节，得到信号Udc_k；c.利用采样到的直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏伟锋，
申请(专利权)人：西安翌飞核能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61