带无功发生器功能的PWM整流器及其控制方法技术

本发明专利技术揭示了一种带无功发生器功能的PWM整流器及其控制方法。PWM整流器包括PWM整流器主电路、PWM整流器控制器、输入电流传感器、输入滤波器、直流侧滤波电容、输出电压传感器、电网电压传感器、电网电流传感器和输出电压传感器。控制方法包括：PWM整流器有功和无功检测，直流电压控制，整流器有功电流和无功电流解耦控制，无功补偿控制，以及有功功率控制。通过本发明专利技术的控制方法，使得PWM整流器可在低负荷且直流电压符合要求的情况下，对其所在电网的公共接入点的无功治理；没有负载时，可当作静止无功发生器(SVG)使用；当其负载为电池或者其他储能装置时，还能在向电网侧馈送能量，从而可综合提高PWM整流器的利用率，提高PWM整流器的综合经济效益。

PWM Rectifier with Reactive Power Generator Function and Its Control Method

The invention discloses a PWM rectifier with reactive power generator function and its control method. PWM rectifier includes PWM rectifier main circuit, PWM rectifier controller, input current sensor, input filter, DC side filter capacitor, output voltage sensor, grid voltage sensor, grid current sensor and output voltage sensor. The control methods include: active and reactive power detection of PWM rectifier, DC voltage control, decoupling control of active and reactive current of rectifier, reactive compensation control, and active power control. By the control method of the present invention, the PWM rectifier can be used as a static var generator (SVG) without load and feed energy to the grid side when the load is a battery or other energy storage device, so as to comprehensively improve the power supply of the PWM rectifier. Utilization ratio, improve the comprehensive economic benefit of PWM rectifier.

【技术实现步骤摘要】
带无功发生器功能的PWM整流器及其控制方法
本专利技术的实施例涉及整流器领域，具体而言，涉及一种带无功发生器功能的PWM整流器及其控制方法。
技术介绍
随着新能源汽车行业的不断发展，电力驱动汽车技术的日益进步，电动汽车充电器正在不断推广应用。但是目前充电器有较多问题。第一，电动汽车需要有大量充电桩进行充电，然而传统的二极管整流器，不仅不能控制各个充电阶段的电压和电流，而且还会产生大量的谐波和无功。第二，为了更好控制充电过程，目前普遍做法是引入PWM整流器，PWM整流器采用全控型器件。充电过程需要控制充电电压、电流或功率，但是PWM整流器的容量利用率并不高，大部分剩余容量被闲置不用。不充电时，PWM整流器闲置不用，大量浪费变流器容量。第三，电网供电系统中存在大量产生无功和谐波的用电设备，这些无功和谐波会使供电系统的电能质量下降。为解决上述问题，目前的做法是加装电力滤波器(FC)，要求严格的地点还需要安装有源电力滤波器(APF)或者静止无功发生器(SVG)。另外，在电网发生电能中断时，为避免造成重大损失，通常要加装不间断电源(UPS)或者动态电压恢复器(DVR)。针对上述三点问题，如果能利用PWM整流器对电网电能质量进行治理，在电网需要有功支撑蓄电池进行能量回馈，削峰填谷，可一步提高用电系统的可靠性，也可节省下不间断电源(UPS)安装空间和费用。但是，由于PWM整流并不是时刻工作在满功率状态下的，特别是变频器或者直流充电器等应用时，负荷变化比较大。以充电整流器为例，刚开始充电时，充电电流或者说是充电功率很大，需要很大的整流器容量，但是随着充电过程的继续，PWM整流器直流侧的功率和电流会逐渐减小，这是并网的整流的容量没有得到很好的利用，PWM整流器处于低负荷状态；当电池充满电或者负载功率很小时，PWM整流器处于空载状态；当电池或者负载切除时，PWM整流器完全处于闲置状态，虽然挂在电网上，但是并没有起到任何作用；更有甚者，当电网缺少有功功率时，直流侧接入电池或者其他能产生电能的设备的普通PWM整流器并不能将有功功率回送到电网中。因此，以功率控制为目标的PWM整流器的控制和应用方法中，没有能很好的利用PWM整流器富余的容量，所以如何利用好PWM整流器的闲置富余容量改善用电环境，将有很有现实意义和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种带无功发生器功能的PWM整流器的控制方法，利用其富余的输出能力对电网进行无功补偿。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种带无功发生器功能的PWM整流器的控制方法，包括整流器有功电流和无功电流解耦控制，PWM整流器有功和无功检测，直流电压控制，无功补偿控制，以及有功功率控制；其中，整流器有功电流和无功电流解耦控制的控制步骤如下：当PWM整流器是三相整流器时，反变换矩阵Tinv如下，Tinv＝Tdq/abc当PWM整流器是单相整流器时，反变换矩阵Tinv如下，Tinv＝T2有功电流和无功电流先经过Tinv变换矩阵转换为静止坐标系下的分量合成后得到电流参考值，与实时反馈的电流值比较后经PI控制器调节后，与电源电压实时检测值相加，再加上解耦控制项uc可得PWM整流器电压的调制信号uinv，其中uc的值通过参考有功电流和无功分别乘以ωL、-ωL再经过Tinv变换矩阵转换为静止坐标系下的分量合成后得到。PWM整流器电网侧无功的检测步骤如下：首先利用电网电压传感器锁相后的得到锁相信号ωt；然后通过电网电流传感器检测电网侧电流isa、isb、isc，利用下列公式(1)中的Tabc/dq，对isa、isb、isc使用变换矩阵为Tabc/dq，计算出整流器电网侧电流有功分量id和无功分量iq，当为单相整流器时，通过构造正交量，也可以实现到d-q坐标系的变换，利用下列公式(2)中的T1，对系统电流Is构造正交量之后使用变换矩阵为T1，计算出整流器电网侧电流有功分量id和无功分量iq，PWM整流器公共接入点的无功的检测方法如下：首先利用电网电压传感器锁相后的得到锁相信号ωt；然后通过电网电流传感器检测电网侧电流isa、isb、isc，利用下述公式(3)中的Tabc/dq，对isa、isb、isc使用变换矩阵为Tabc/dq，计算出整流器电网侧电流有功分量isd和无功分量isq，当为单相整流器时，通过构造正交量，也可以实现到d-q坐标系的变换，利用下述公式(4)中的T1，对系统电流Is构造正交量之后使用变换矩阵为T1，计算出整流器电网侧电流有功分量isd和无功分量isq，直流电压控制的控制类型包括如下：第一种，直流电压采用负反馈控制，直流电压高于参考值Uf时有功电流参考值为负值时向电网回馈能量，直流电压低于参考值Uf时有功电流参考值为正值时从电网吸收能量，当需要从电网吸收能量时，提高直流电压的参考值Uf，当需要将能量回馈给电网侧时降低直流电压参考值Uf；第二种，PWM整流器直流电压高于最低允许值Umin，且低于最高允许值Umax，则PWM整流器正常工作，此时直流电压参考值；第三种，PWM整流器直流电压低于最低允许值Umin，PWM整流器只能从电网吸取能量；第四种，PWM整流器直流电压高于最高允许值Umax，PWM整流器只能向电网回馈能量。无功补偿控制的控制类型包括如下：第一种，PWM整流器电压在允许范围内时，改变电流无功分量参考值实现对PWM整流器无功功率的控制；第二种，电网公共点需补偿无功电流isq时，将电网公共点加入PI控制器后得出整流器无功电流输出参考值有功功率控制的控制类型包括如下：第一种，PWM整流器在能量回馈模式下，通过改变直流电压的参考值控制整流器处于能量回馈模式与否；第二种，当需要能量回馈时适当降低参考电压值，当需要吸收电网能量时提升参考电压值。相比于现有技术，本专利技术的优势在于：其所公开的PWM整流器控制方法能在整流或者能馈的同时对公共接入点的无功进行指令，治理其他设备产生的无功和谐波问题，节省供电系统设备安装空间，降低供电设备总投资。充分利用了PWM整流器的富余容量，提高电网的电能质量，可在低负荷且直流电压符合要求的情况下，对其所在电网的公共接入点的无功治理；没有负载时，可当作静止无功发生器(SVG)使用；当其负载为电池或者其他储能装置时，还能在向电网侧馈送能量，从而可综合提高PWM整流器的利用率，提高PWM整流器的综合经济效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本专利技术的一些实施例，并非对本专利技术的限制。图1是本专利技术较佳实施例的带无功发生器功能的PWM整流器的结构原理图。图2是本专利技术较佳实施例的带无功发生器功能的PWM整流器静态解耦控制框图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术技术方案作进一步非限制性的详细描述。见图1，本实施例的带无功发生器功能的PWM整流器包括相互耦合的PWM整流器主电路5和PWM整流器控制器8；在PWM整流器主电路5的电网侧耦合有输入电流传感器3和输入滤波器4，负载侧耦合有直流侧滤波电容6和输出电压传感器7；在PWM整流控制器与电网公共点之间耦合有电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带无功发生器功能的PWM整流器的控制方法，其特征在于，其包括整流器有功电流和无功电流解耦控制，控制步骤如下，当PWM整流器是三相整流器时，反变换矩阵Tinv如下，Tinv＝Tdq/abc

【技术特征摘要】
1.一种带无功发生器功能的PWM整流器的控制方法，其特征在于，其包括整流器有功电流和无功电流解耦控制，控制步骤如下，当PWM整流器是三相整流器时，反变换矩阵Tinv如下，Tinv＝Tdq/abc当PWM整流器是单相整流器时，反变换矩阵Tinv如下，Tinv＝T2有功电流和无功电流先经过Tinv变换矩阵转换为静止坐标系下的分量合成后得到电流参考值，与实时反馈的电流值比较后经PI控制器调节后，与电源电压实时检测值相加，再加上解耦控制项uc可得PWM整流器电压的调制信号uinv，其中uc的值通过参考有功电流和无功分别乘以ωL、-ωL再经过Tinv变换矩阵转换为静止坐标系下的分量合成后得到。2.根据权利要求1所述的带无功发生器功能的PWM整流器的控制方法，其特征在于，还包括检测PWM整流器电网侧无功，检测步骤如下，首先利用电网电压传感器锁相后的得到锁相信号ωt；然后通过电网电流传感器检测电网侧电流isa、isb、isc，利用下列公式(1)中的Tabc/dq，对isa、isb、isc使用变换矩阵为Tabc/dq，计算出整流器电网侧电流有功分量id和无功分量iq，当为单相整流器时，通过构造正交量，也可以实现到d-q坐标系的变换，利用下列公式(2)中的T1，对系统电流Is构造正交量之后使用变换矩阵为T1，计算出整流器电网侧电流有功分量id和无功分量iq，3.根据权利要求1所述的带无功发生器功能的PWM整流器的控制方法，其特征在于，还包括检测PWM整流器公共接入点的无功，检测方法如下，首先利用电网电压传感器锁相后的得到锁相信号ωt；然后通过电网电流传感器检测电网侧电流isa、isb、isc，利用下述公式(3)中的Tabc/dq，对isa、isb、isc使用变换矩阵为Tabc/dq，计算出整流器电网侧电流有功分量isd和无功分量isq，当为单相整流器时，通过构造正交量，也可以实现到d-q坐标系的变换，利用下述公式(4)中的T1，对系统电流Is构造正交量之后使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡蔚，
申请(专利权)人：广西交通职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广西,45