单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变的抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于调制波补偿的单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变的抑制方法，属于电力电子技术、新能源发电与智能电网研究领域。具体包括以下步骤：首先由电压电流双闭环控制得到三相调制波电压，然后计算得出每一时刻中三相调制波电压的最大值及最小值，将最大值与最小值相加，作为补偿的调制波电压，叠加到原三相调制波电压上，生成新的三相调制波电压，与三角载波交截，最终得到PWM波驱动开关管。与现有方法相比，本发明专利技术中补偿的调制波电压可以实时获取，计算量小，可靠性高，只要电压环和电流环的控制器稳定，就能通过实时调节调制波电压来消除或抑制输入电流过零畸变，在一定范围内实现滞后、超前和单位功率因数运行。

【技术实现步骤摘要】
单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变的抑制方法
本专利技术属于电力电子技术、新能源发电与智能电网研究领域，特别涉及能量单向流动的三相星接可控整流器输入电流过零畸变的消除或抑制。
技术介绍
在相当多的实际工业应用中，电能并不需要在两个方向传输，如风机，泵类电动机节能调速控制电源、通信电源、电力合闸电源、电动汽车充电电源等。因此，近年来能量单方向流动的可控整流器在电力电子
受到广泛关注。与能量双向流动的可控变流器相比较，能量单向流动的整流器可以使用较少的全控型器件，具有相对简单的控制电路，较高的系统稳定性，以及较低的生产成本，展现出了明显的应用优势。其中，能量单向流动的三相可控整流器因可以以高功率密度和高效率在大功率应用领域使用，因而受到了更多的关注，其应用和控制技术在近几十年得到了长足的发展。但是，在诸多能量单向流动的可控整流器中，如三相星接无桥整流器、三相VIENNA整流器及所有星接级联型三相可控整流器拓扑，由于输入侧电感的存在，使得在某些时段要求输入电流的给定与产生这一给定电流所需要的交流侧相对于电源中性点间的电压的极性必须相反，然而由于单向流动的可控整流器的电路特性，输入电流的给定与产生这一给定电流所需要的交流侧相对于电源中性点间的电压的极性必须相同，从而产生了不可控区域，因而能量单向流动的可控整流器的输入电流会在输入电流过零点附近发生畸变，但是当电感电流滞后电源电压某一个合适的角度(该角度取决于电感值以及负载电流大小)时，输入电流才能够以正弦波形运行，因此当能量单向流动的可控整流器以滞后功率因数(滞后角度不等于上述合适的角度)、超前功率因数或单位功率因数运行时，电流在过零点附近都会产生畸变，因此造成的电网谐波污染，系统稳定性下降和运行效率降低等问题都严重制约了能量单向流动的可控整流器的发展和在更大范围的应用，且电流畸变问题在能量单向流动的三相可控整流器中尤为突出，因为每一相电流的过零畸变都会使另外两相电流也同时产生对应的畸变，因而成倍的扩大了电流畸变的危害。因此，提出一种能够有效解决能量单向流动的三相可控整流器电流过零畸变问题，且能在实际的应用场合方便使用的控制策略具有重要意义。本专利技术的目的是提供一种计算量小，可靠性高，可以在滞后、超前、单位功率因数下抑制或消除三相输入电流过零畸变的方法。
技术实现思路
为达到上述目的，本专利技术提供的一种基于调制波补偿的单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对三相电网电压ua、ub、uc进行采样，采用双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL)，对电网进行锁相，得到电网电压的角度θ，并对三相电网电压进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电压的采样值ud、uq；对三相电网电流ia、ib、ic进行采样，并进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电流的采样值id、iq；将直流侧电压指令值udc*与三相总的直流侧电容电压的平均值udc_ave做差，产生的差值经过PI控制器，获得指令电流在d轴坐标系下的幅值id*，并依据所要求的三相星接可控整流器所提供功率因数角θ得到指令电流在q轴坐标系下的幅值iq*，其中iq*＝id*tanθ；将实际电流的采样值id、iq与给定值id*、iq*作差，并采用前馈控制方法对id和iq进行解耦控制，得到三相调制波电压在d轴和q轴上的分量ucond*、uconq*，并经过iPark、iClark坐标变换，得到三相调制波电压ucona*、uconb*、uconc*；步骤二：计算得出每一时刻中三相调制波电压ucona*、uconb*、uconc*的最大值及最小值，将最大值与最小值相加，作为补偿的调制波电压urevise*，并将原三相调制波电压ucona*、uconb*、uconc*分别与补偿的调制波电压urevise*相加，生成新的三相调制波电压unewa*、unewb*、unewc*；步骤三：将步骤二中得到的新的调制波电压unewa*、unewb*、unewc*分别除以直流侧电压指令值udc*,并取绝对值，与幅值为1且频率为fs的三角载波交截，得到PWM波信号驱动各相桥臂上的开关管。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：补偿的调制波电压可以实时获取，计算量小，可靠性高，只要电压环和电流环的控制器稳定，就能通过实时调节调制波电压来消除或抑制单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变，使单向三相星接可控整流器可以在一定范围内实现滞后、超前和单位功率因数运行，满足电网及用电设备对谐波标准的要求。下面将结合实施例参照附图进行详细说明。附图说明图1为相电压级联式单向三相星接可控整流器拓扑结构；图2为相电压级联式单向三相星接可控整流器在dq旋转坐标系下的整体控制结构；图3为三相星接VIENNA整流器拓扑结构；图4为本实施案例中使用的三相星接无桥整流器拓扑结构；图5为滞后功率因数下补偿前的三相调制波电压与三相输入电流的波形；图6为滞后功率因数下补偿后的三相调制波电压与三相输入电流的波形；图7为补偿前的A相调制波电压与输入电流波形、补偿的调制波电压波形及补偿后的A相调制波电压与输入电流波形；图8为补偿前的交流侧中性点相对于电源中性点的电压经过低通滤波器后的波形；图9为补偿后的交流侧中性点相对于电源中性点的电压经过低通滤波器后的波形；图10为补偿前的三相交流侧相对于电源中性点间的电压经过低通滤波器后的波形；图11为补偿后的三相交流侧相对于电源中性点间的电压经过低通滤波器后的波形；图12为滞后功率因数下补偿前三相输入电压电流的波形；图13为滞后功率因数下补偿后三相输入电压电流的波形；图14为滞后功率因数下补偿前后A相电流的THD分析；图15为超前功率因数下补偿前三相输入电压电流的波形；图16为超前功率因数下补偿后三相输入电压电流的波形；图17为超前功率因数下补偿前后A相电流的THD分析；图18为单位功率因数下补偿前三相输入电压电流的波形；图19为单位功率因数下补偿后三相输入电压电流的波形；图20为单位功率因数下补偿前后A相电流的THD分析。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式以图4所示的三相星接无桥整流器为例，对本专利技术作进一步说明。步骤一：对三相电网电压ua、ub、uc进行采样，采用双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL)，对电网进行锁相，得到电网电压的角度θ，并对三相电网电压进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电压的采样值ud、uq；对三相电网电流ia、ib、ic进行采样，并进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电流的采样值id、iq；将每个模块的直流侧电压指令值udc*与三相总的直流侧电容电压的平均值udc_ave做差，产生的差值经过PI控制器，获得指令电流在d轴坐标系下的幅值id*，并依据所要求的三相星接可控整流器所提供功率因数角θ得到指令电流在q轴坐标系下的幅值iq*，其中iq*＝id*tanθ；将实际电流的采样值id、iq与给定值id*、iq*作差，并采用前馈控制方法对id和iq进行解耦控制，得到三相调制波电压在d轴和q轴上的分量ucond*、uconq*，并经过iPark、iClark坐标变换，得到三相调制波电压uco本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调制波补偿的单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对三相电网电压ua、ub、uc进行采样，采用双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF‑SPLL)，对电网进行锁相，得到电网电压的角度θ，并对三相电网电压进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电压的采样值ud、uq；对三相电网电流ia、ib、ic进行采样，并进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电流的采样值id、iq；将直流侧电压指令值udc

【技术特征摘要】
1.一种基于调制波补偿的单向三相星接可控整流器输入电流过零畸变的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对三相电网电压ua、ub、uc进行采样，采用双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL)，对电网进行锁相，得到电网电压的角度θ，并对三相电网电压进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电压的采样值ud、uq；对三相电网电流ia、ib、ic进行采样，并进行Clark、Park坐标变换，得到两相旋转坐标系下电流的采样值id、iq；将直流侧电压指令值udc*与三相总的直流侧电容电压的平均值udc_ave做差，产生的差值经过PI控制器，获得指令电流在d轴坐标系下的幅值id*，并依据所要求的三相星接可控整流器所提供功率因数角θ得到指令电流在q轴坐标系下的幅值iq*，其中iq*＝id*tanθ；将实际电流的采样值id、iq与给定值id*、iq*作差，并采用前馈控制方法对id和iq进行解耦控制，得到三相调制波电压在d轴和q轴上的分量ucond*、uconq*，并经过iPark、iCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：程红，王聪，陈婷，赵志浩，管应玉，李治，卢其威，邹甲，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11