基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法技术

基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，先建立两相同步旋转坐标系下三相三开两电平整流器的数学模型；结合瞬时功率理论，并采用电压定向原则，建立旋转坐标系下整流器的功率模型；以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面，分析标准相平面内整流器交流侧电流降低和升高时，整流器自然轨迹的变化；以功率量为基础，利用边界控制条件来创造一种新型直接功率控制，首先以交流侧电流降低和升高时整流系统的自然轨迹为基础，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到直接功率边界控制方法。本发明专利技术针对实际应用中的载负突变问题，有效提高三相三开关两电平整流器直流侧的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法
本专利技术涉及三相三开两电平整流器控制
，具体是一种基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法。
技术介绍
近年来，由于经济的快速发展，对能源的需求也来越大，低碳节能成为了世界各国的共同要求，电能的绿色低碳发展对节能环保意义重大。因此，如何获取高质量的电能成为目前研究的焦点，为了解决谐波污染问题，将PWM技术引入到整流器中产生一种PWM整流器，其优点在于网侧电流正弦化、理论上可实现单位功率因数、网侧电流畸变率低等。目前三相PWM整流器网侧电流控制策略分为间接电流控制策略和直接电流控制策略，其中后者占据主导地位。滞环电流控制、前馈解耦PI控制、预测电流控制、直接功率控制等是目前常见的直接电流控制策略。直接功率控制(DPC)是三相PWM整流器最有效的控制策略之一，与其他PWM整流器控制策略相比，直接功率控制(DPC)策略的优点如下：①单位功率因数运行；②动态响应很快；③结构简单明了。直接功率控制(DPC)策略的开关状态由开关表根据瞬时功率误差和输入电压矢量位置来选择，通过使用更新的开关表、自适应控制、模糊逻辑选择、滑模控制、占空比优化或预测方法来对直接功率控制进行改善，可以应对参数不确定问题，提高抗干扰能力等，然而这些方法对直流输出电压动态性能的改善是有限的。边界控制是一种基于几何的控制方法，适用于具有开关动作的电力电子变换器，它在许多电力电子变换器中得到了应用。对于不同的开关面已经有了各种各样的研究，如一阶、二阶和高阶开关面，在这些开关面中，自然开关面具有良好的动态性能。然而，大部分文章只研究了单相电力电子变换器的边界控制方案，针对三相PWM整流器的边界控制，尤其是采用自然开关面的研究很少。
技术实现思路
为改善三相PWM整流器直流输出电压的动态性能，本专利技术提供一种基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，可以有效提高三相PWM整流器直流输出电压的动态性能。该控制方法以dq坐标系下的数学模型为基础，推导出d轴交流侧电流降低和升高时整流系统的自然轨迹；结合瞬时功率理论，得到以P、Q为变量的直接功率控制模型，对直接功率滞环比较器中输出Sq采用新的规则，并用已分析自然轨迹作为开关面，达到边界控制的效果。本专利技术采取的技术方案为：基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，包括以下步骤：步骤1：分析三相三开关两电平整流器的工作过程，运用坐标变换，建立同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型；步骤2：结合瞬时功率理论，将同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型，转换成dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型；步骤3：分析三相三开关两电平整流器的边界控制条件，即以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面；在标准相平面内，不同状态下整流器具有不同的自然轨迹，分析交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹；步骤4：以功率量为基础，首先以交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到基于三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制方法。步骤1中，分析三相三开关两电平整流器的工作过程，定义开关函数，建立三相三开关两电平整流器在三相静止坐标系下的数学模型；由于三相静止坐标系下的数学模型很复杂，因此需要将坐标变换引入到系统的建模过程中，利用坐标变换，得到三相三开关两电平整流器在同步旋转dq坐标系下的数学模型。步骤2中，根据瞬时功率理论，得到基于dq坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算式；采用电网电压定向，选取d轴的初始相角和a相初始相角相等，将上述计算式代入步骤1中所建立的同步旋转dq坐标系下的数学模型中，得到dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型。步骤3中，以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立相平面，经过简单的标准化计算，得到标准化相平面内交流侧电流降低时和电流升高时整流器的自然轨迹。步骤4中，在直接功率边界控制方法中，无功功率滞环比较器输出SQ数值的规则和开关矢量表与传统直接功率控制方法相同，只有直接有功功率滞环比较器输出SP数值的规则与传统直接功率控制方法不同。本专利技术一种基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，技术效果如下：1：以功率量为基础，利用边界控制条件来创造一种新型功率的直接控制，使用一种新的规则来控制功率滞环比较器输出Sp的数值。2：针对实际应用中的负载突变问题，可有效提高三相三开两电平整流器直流侧电压的动态性能。附图说明图1为三相三开关两电平整流器的拓扑结构图。图2为三相三开关两电平整流器交流侧电流降低时整流系统的自然轨迹图。图3为三相三开关两电平整流器交流侧电流升高时整流系统的自然轨迹图。图4为三相三开关两电平整流器直接功率控制的边界条件图。图5为整流器额定负载下交流侧A相电压和电流的波形图。图6为整流器从额定负载突加1倍负载时，交流侧A相电流波形图。图7为整流器从额定负载突加1倍负载时，直流侧电压和电流波形图。具体实施方式步骤1：分析三相三开关两电平整流器的工作过程，运用坐标变换，建立同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型；步骤2：结合瞬时功率理论，将同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型，转换成dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型；步骤3：分析三相三开关两电平整流器的边界控制条件，即以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面；在标准相平面内，不同状态下整流器具有不同的自然轨迹，分析交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹；步骤4：以功率量为基础，首先以交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到基于三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制方法。步骤1中，分析三相三开关两电平整流器的工作过程，定义开关函数，建立三相三开关两电平整流器在三相静止坐标系下的数学模型；由于三相静止坐标系下的数学模型很复杂，因此需要将坐标变换引入到系统的建模过程中，利用坐标变换，得到三相三开关两电平整流器在同步旋转dq坐标系下的数学模型。步骤2中，根据瞬时功率理论，得到基于dq坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算式；采用电网电压定向，选取d轴的初始相角和a相初始相角相等，将上述计算式代入步骤1中所建立的同步旋转dq坐标系下的数学模型中，得到dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型。步骤3中，以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立相平面，经过简单的标准化计算，得到标准化相平面内交流侧电流降低时和电流升高时整流器的自然轨迹。步骤4中，在直接功率边界控制方法中，无功功率滞环比较器输出SQ数值的规则和开关矢量表与传统直接功率控制方法相同，只有直接有功功率滞环比较器输出SP数值的规则与传统直接功率控制方法不同。具体步骤如下：步骤1：分析图1三相三开关两电平整流器拓扑结构可知，三相三开关两电平整流器是一种PWM整流器，整流电路包含三个开关管，直流侧输出电压只有vdc和-vdc两种，因此三相三开关两电平整流器具有简单、鲁棒性强、功率模块及辅助器件容易获得等特点。ea、eb、ec为三相静止坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：分析三相三开关两电平整流器的工作过程，运用坐标变换，建立同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型；步骤2：结合瞬时功率理论，将同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型，转换成dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型；步骤3：分析三相三开关两电平整流器的边界控制条件，即以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面；在标准相平面内，不同状态下整流器具有不同的自然轨迹，分析交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹；步骤4：以功率量为基础，首先以交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到基于三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制方法。

【技术特征摘要】
1.基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：分析三相三开关两电平整流器的工作过程，运用坐标变换，建立同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型；步骤2：结合瞬时功率理论，将同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型，转换成dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型；步骤3：分析三相三开关两电平整流器的边界控制条件，即以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面；在标准相平面内，不同状态下整流器具有不同的自然轨迹，分析交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹；步骤4：以功率量为基础，首先以交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到基于三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制方法。2.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于：步骤1中，分析三相三开关两电平整流器的工作过程，定义开关函数，建立三相三开关两电平整流器在三相静止坐标系下的数学模型；由于三相静止坐标系下的数学模型很复杂，因此需要将坐标变换引入到系统的建模过程中，利用坐标变换，得到三相三开关两电平整流器在同步旋转dq坐标系下的数学模型。3.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于：步骤2中，根据瞬时功率理论，得到基于dq坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算式；采用电网电压定向，选取d轴的初始相角和a相初始相角相等，将上述计算式代入步骤1中所建立的同步旋转dq坐标系下的数学模型中，得到dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型。4.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于：步骤3中，以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立相平面，经过简单的标准化计算，得到标准化相平面内交流侧电流降低时和电流升高时整流器的自然轨迹。5.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于：步骤4中，在直接功率边界控制方法中，无功功率滞环比较器输出SQ数值的规则和开关矢量表与传统直接功率控制方法相同，只有直接有功功率滞环比较器输出SP数值的规则与传统直接功率控制方法不同；有功功率滞环比较器输出Sp数值则采用一种新的规则：I：若vdc<vn_T，只有当σdown<0时，Sp＝1，其他情况下Sp＝0；II：若vdc>vn_T，只有当σup>0时，Sp＝0，其他情况下Sp＝1。6.根据权利要求2所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，其特征在于：步骤1包括：ea、eb、ec为三相静止坐标系下电网电动势；ia、ib、ic为三相静止坐标系下交流侧三相电流；LA、LB、LC为交流侧电感，LA＝LB＝LC＝L；R为交流侧线路等效等效电阻；C为直流侧电容；RL为直流侧负载；vdc为直流侧电压；ed、eq、id、iq为两相同步旋转坐标系下交流侧电压与电流；为建立三相...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，田鹏辉，韩笑，田宇，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42