一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，在使有功功率实际值减少且无功功率实际值增加和使有功功率无功功率实际值均减少时，寻找另一非零电压矢量，得到一个改进矢量表，然后根据电网电压位置角所在扇区、有功功率与无功功率的实际值和有功功率与无功功率的参考值，从改进矢量表中选择三个可以同时减小有功、无功功率实际值与参考值间误差的最佳电压矢量，并根据有功功率参考值、无功功率参考值计算各个矢量的作用时间。本发明专利技术方法控制算法简单，易于实现，能够提高到达阶段的趋近速度，抑制系统的输出抖振，同时抑制有功功率和无功功率的稳态纹波，而且电流畸变率低，使系统具有优良的动静态性能。

A Sliding Mode Power Cancellation Direct Power Control Method for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters

The invention discloses a sliding mode power offset direct power control method for three-phase voltage source PWM converter. When the actual value of active power is reduced, the actual value of reactive power is increased and the actual value of active power and reactive power is reduced, another non-zero voltage vector is searched, and an improved vector table is obtained. Then, according to the sector where the voltage position angle of the power grid is located, active power and reactive power are obtained. The actual value of power and the reference value of active power and reactive power are selected from the improved vector table. Three optimal voltage vectors are selected to reduce the error between the actual value of active power and reactive power at the same time. The action time of each vector is calculated according to the reference value of active power and reactive power. The control algorithm of the method is simple and easy to implement, which can improve the approaching speed at the arrival stage, suppress the output chattering of the system, and suppress the steady-state ripple of active and reactive power. Moreover, the current distortion rate is low, so that the system has excellent dynamic and static performance.

【技术实现步骤摘要】
一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法
本专利技术涉及电力电子功率变换装置控制领域，具体涉及一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法。
技术介绍
功率变换器随着电力电子技术和控制技术的不断发展，其性能也不断地提高，已被广泛应用于整流、交流调速、有源滤波、无功补偿和新能源并网发电等领域。经过近几年的快速发展，越来越多的控制方法被提出并应用于PWM功率变换器的控制中。其中功率变换器的控制方法主要包括电网电压定向控制(voltageorientedcontrol，VOC)、虚拟磁链定向控制(virtualfluxorientedcontrol，VFOC)、滑模控制(slidingmodecontrol,SMC)、模型预测控制(modelpredictivecontrol，MPC)和直接功率控制(directpowercontrol，DPC)。其中滑模控制是一类特殊的非线性控制，此种控制策略不同于其他控制之处在于系统的结构不固定，而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态有目的不断地变化，迫使系统按照预定滑动模态的状态轨迹运动。滑模控制系统具有算法简单，响应速度快，对外界干扰和参数摄动有很强的鲁棒性。而DPC由于不需要电流环，只需要通过查开关表选择合适的电压矢量即可对系统的功率进行直接调节得到国内外学者的深入研究。但DPC的控制性能受开关表优劣的影响，目前有多种开关表的建立途径：从功率守恒的角度对变换器进行建模分析；通过分析电流与空间电压矢量和功率的关系；通过一种基于DPC的最优向量通用判据来选择合适的电压矢量实现有功功率和无功功率的控制；在变换器数学模型的基础上结合瞬时功率理论分析电压矢量与输入有功、无功功率的关系。通过预测无差拍直接功率控制对变换器输入侧电压矢量对有功、无功功率的变化率分析可知，使有功功率增加且无功功率增加和使有功功率增加且无功功率减少的非零矢量有两个而并非一个。为同时抑制有功功率和无功功率的稳态纹波，且进一步改善系统的动态响应，专利号为CN201510097432.3的专利公开了三相电压型PWM变换器三矢量直接功率控制方法，该方法是在使有功功率减少且无功功率增加和能使有功功率减少且无功功率减少时，以近似目标(有功功率增加较小但使无功功率增加较大和使有功功率增加较小但使无功功率减少较大)选择另一非零电压矢量，这种方法得到的有功功率和无功功率的纹波不稳定，且系统的动态响应较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，能够明显减小有功功率和无功功率的波动，而且电流畸变率低，使系统具有优良的动静态性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，依次包括以下步骤：(1)采集三相电压型PWM变换器的三相电网电压uga、ugb、ugc，三相输入电流iga、igb、igc，和直流母线电压Udc；(2)将采集到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2坐标变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ和输入电流采样值igα、igβ，并计算出瞬时有功功率p与瞬时无功功率q，其中，下标gα、gβ均为区分作用，并非变量；(3)将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角θ，并将电网电压位置角θ分为0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°和300°～360°六个扇区；(4)将直流母线电压参考值与步骤(1)得到的直流母线电压实际值Udc做差，经过自适应函数构造的滑模控制器得到电流参考值电流参考值与直流母线电压实际值Udc相乘得到有功功率参考值pref，且设无功功率的参考值qref为0，其中，dc、d和ref均为区分作用，并非变量；(5)通过步骤(2)得到的两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ、瞬时有功功率p与瞬时无功功率q和8种不同的电压矢量，计算出相应电压矢量作用下有功功率变化率和无功功率变化率；8种不同的电压矢量表示两相静止α、β坐标系下变换器的输入电压；(6)在不同扇区根据有功功率变化率和无功功率变化率，分别得出8种不同电压矢量中能同时使有功功率增加且无功功率增加、有功功率增加且无功功率减少的两个非零矢量，以及使有功功率减少且无功功率增加、有功功率减少且无功功率减少的一个非零矢量，为抵消零矢量对有功功率的影响再寻找另一非零电压矢量，即使有功功率减少且无功功率增加、有功功率减少且无功功率减少的两个非零矢量，再考虑零矢量的加入，即每个扇区可得到4组均包括两个非零矢量和一个零矢量的矢量组合，则电网电压在0°～360°区间内，可得出24组矢量组合；(7)将步骤(2)得到的有功、无功功率的实际值和步骤(4)得到的有功功率参考值pref、无功功率参考值qref比较，得出有功功率实际值和无功功率实际值的变化趋势，上标ref为区分作用，并非变量；(8)根据步骤(7)得到的有功、无功功率在不同扇区内受不同电压矢量作用时的变化趋势，建立改进矢量表；(9)根据电网电压位置角所在扇区和有功、无功功率实际值的变化趋势，从步骤(8)中得到的改进矢量表中选择相应的电压矢量组，并根据该矢量组各个矢量对有功、无功功率的变化率和有功、无功功率的参考值与实际值的差值进行计算，得出相应矢量作用的时间t0、t1、t2；(10)将步骤(9)得到的控制矢量作用的时间t0、t1、t2转换为控制功率器件的开关信号。优选的，所述步骤(2)中，根据瞬时功率理论，可得瞬时有功功率p和瞬时无功功率q分别为p＝1.5(ugαigα+ugβigβ)q＝1.5(ugβigα-ugαigβ)(1)这里，ugα和ugβ分别为两相静止坐标系下的电网电压，igα、igβ分别为两相静止坐标系下的输入电流采样值。优选的，所述步骤(4)中电流参考值的计算过程为：首先选取系统的状态变量为式中,为直流母线电压参考值，Udc为直流母线电压实际值，x1为自定义的中间变量；设计自适应连续变结构中的开关面切换函数为s＝x1，以自适应连续函数重新构造变结构控制的趋近律，趋近律构造为：其中，k1>0，k2>k1>0，1<m<3，1<n<3，s为切换函数，s′为切换函数s的导数，为自适应连续函数，sgn(s)为符号函数；对式(2)求导，由于是给定值，故求导结果为：根据三相PWM整流器在d、q坐标系下直流侧的电流关系式根据式(4)和式(5)可得：其中，id和iq分别为同步旋转坐标系下的网侧电流，sd和sq分别为同步旋转坐标系下d、q轴开关函数，iR为负载电流，下标d、q、dc和R均为区分作用，并非变量；将式(4)代入式(6)，可得假定输入电压为三相对称电压，稳态时，有其中，ed和eq分别为三相PWM整流器在两相旋转坐标系中的电网电压，URMS为电网电压有效值，下标RMS为区分作用，并非变量；由三相PWM整流器在同步旋转坐标系下的数学模型可推导出：其中，ω为电网电压的角频率,R和L分别表示PWM变换器的电阻和电感值；将式(9)其代入式(7)中，可得：稳态时，有即那么式(9)可改写为即得同步旋转坐标系下的d本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，其特征在于，依次包括以下步骤：(1)采集三相电压型PWM变换器的三相电网电压uga、ugb、ugc，三相输入电流iga、igb、igc，和直流母线电压Udc；(2)将采集到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2坐标变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ和输入电流采样值igα、igβ，并计算出瞬时有功功率p与瞬时无功功率q，其中，下标gα、gβ均为区分作用，并非变量；(3)将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角θ，并将电网电压位置角θ分为0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°和300°～360°六个扇区，分别对应I～VI扇区；(4)将直流母线电压参考值

【技术特征摘要】
1.一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，其特征在于，依次包括以下步骤：(1)采集三相电压型PWM变换器的三相电网电压uga、ugb、ugc，三相输入电流iga、igb、igc，和直流母线电压Udc；(2)将采集到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2坐标变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ和输入电流采样值igα、igβ，并计算出瞬时有功功率p与瞬时无功功率q，其中，下标gα、gβ均为区分作用，并非变量；(3)将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角θ，并将电网电压位置角θ分为0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°和300°～360°六个扇区，分别对应I～VI扇区；(4)将直流母线电压参考值与步骤(1)得到的直流母线电压实际值Udc做差，经过自适应函数构造的滑模控制器得到电流参考值电流参考值与直流母线电压实际值Udc相乘得到有功功率参考值pref，且设无功功率的参考值qref为0，其中，dc、d和ref均为区分作用，并非变量；(5)通过步骤(2)得到的两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ、瞬时有功功率p与瞬时无功功率q和8种不同的电压矢量，计算出相应电压矢量作用下有功功率变化率和无功功率变化率；8种不同的电压矢量表示两相静止α、β坐标系下变换器的输入电压；(6)在不同扇区根据有功功率变化率和无功功率变化率，分别得出8种不同电压矢量中能同时使有功功率增加且无功功率增加、有功功率增加且无功功率减少的两个非零矢量，以及使有功功率减少且无功功率增加、有功功率减少且无功功率减少的一个非零矢量，为抵消零矢量对有功功率的影响再寻找另一非零电压矢量，即使有功功率减少且无功功率增加、有功功率减少且无功功率减少的两个非零矢量，再考虑零矢量的加入，即每个扇区可得到4组均包括两个非零矢量和一个零矢量的矢量组合，则电网电压在0°～360°区间内，可得出24组矢量组合；(7)将步骤(2)得到的有功、无功功率的实际值和步骤(4)得到的有功功率参考值pref、无功功率参考值qref比较，得出有功功率实际值和无功功率实际值的变化趋势，上标ref为区分作用，并非变量；(8)根据步骤(7)得到的有功、无功功率在不同扇区内受不同电压矢量作用时的变化趋势，建立改进矢量表；(9)根据电网电压位置角所在扇区和有功、无功功率实际值的变化趋势，从步骤(8)中得到的改进矢量表中选择相应的电压矢量组，并根据该矢量组各个矢量对有功、无功功率的变化率和有功、无功功率的参考值与实际值的差值进行计算，得出相应矢量作用的时间t0、t1、t2；(10)将步骤(9)得到的控制矢量作用的时间t0、t1、t2转换为控制功率器件的开关信号。2.根据权利要求1所述的三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，根据瞬时功率理论，可得瞬时有功功率p和瞬时无功功率q分别为p＝1.5(ugαigα+ugβigβ)q＝1.5(ugβigα-ugαigβ)(1)这里，ugα和ugβ分别为两相静止坐标系下的电网电压，igα、igβ分别为两相静止坐标系下的输入电流采样值。3.根据权利要求1所述的三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延敏，
申请(专利权)人：王延敏，
类型：发明
国别省市：河南,41