一种单相PWM整流器的直接电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单相PWM整流器的直接电流控制方法，根据有功电流指令、无功电流指令和电网同步旋转角数据计算出虚拟电流信号，将三相PWM整流器中广泛应用的基于PI控制器的直接电流控制方法成功运用于单相PWM整流器场合。本发明专利技术不仅能够实现对电流的无静差跟踪，同时允许有功电流和无功电流的独立控制。与常规基于延迟法构造电流信号相比，该方法无需引入延时模块，电流响应速度大幅提高。同时虚拟电流信号计算不依赖系统参数，系统具有很强的稳定性和抗干扰能力。

A direct current control method of single-phase PWM rectifier

The invention discloses a direct current control method of a single-phase PWM rectifier, calculates a virtual current signal according to the active current command, the reactive current command and the synchronous rotation angle data of the power grid, and successfully applies the direct current control method based on PI controller widely used in the three-phase PWM rectifier to the single-phase PWM rectifier. The invention can not only realize the tracking of current with no static difference, but also allow the independent control of active current and reactive current. Compared with the conventional current signal construction based on delay method, this method does not need to introduce delay module, and the current response speed is greatly improved. At the same time, virtual current signal calculation does not depend on system parameters, so the system has strong stability and anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】
一种单相PWM整流器的直接电流控制方法
本专利技术涉及电力电子
中单相PWM变流器控制系统领域，尤其涉及一种单相PWM整流器的直接电流控制方法。
技术介绍
随着电力电子器件性能的不断提高，单相PWM整流器因为具有原理结构简单、能量双向流动、直流侧电压可控、单位功率因数等优点，在铁路机车牵引、光伏并网、电力电子变压器、静止无功发生器等领域得到广泛应用。正因为如此，单相PWM整流器及其控制技术正逐渐成为科研机构和工业领域的研究热点。对于现有单相PWM整流器控制方法，主要分为基于静止坐标系的比例谐振(PR)控制和基于同步旋转坐标系的比例积分(PI)控制两大类。虽然采用比例谐振(PR)控制可以实现对正弦电流的无静差控制，但PR控制器对电网频率变化敏感，且稳定性较差。基于同步旋转坐标系的PI控制已经在三相PWM整流器中得到广泛的应用。该方法通过坐标变换，将静止坐标系下的交流量变换为同步旋转坐标系下的直流分量，实现对有功电流和无功电流的独立控制。与三相PWM整流器相比，单相PWM整流器要实现交流量的坐标旋转变换，需要构造出一个与实际系统交流量正交的虚拟交流量来满足设计要求。常规方案采用基于时间延迟法构造两相正交信号，该方法通过将实际物理量延迟1/4个电网周期构造出虚拟正交分量。延迟法虽然简单，但是若实际物理量发生任何形式的突变，如电流指令突变，都会在1/4个电网周期后反应在虚拟分量中，因此会恶化系统的动态响应，使系统变慢甚至引起振荡，严重影响系统的动态性能。目前较新颖的方法是利用单相PWM整流器系统模型，构造虚拟电路来获取正交电流分量，即虚拟电路法。虽然该方法使电流响应速度提高，但该方法依赖系统参数，一旦实际电路与虚拟电路的电路参数(例如连接电感参数)不相同，电流会发生畸变，严重影响系统的稳定性和抗干扰能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，提供一种单相PWM整流器的直接电流控制方法，该控制方法采用有功电流指令，无功电流指令和电网同步旋转角数据重新构造两相正交电流信号，实现同步旋转坐标系下有功电流分量和无功电流分量的分解，进而实现对有功电流和无功电流的独立控制；该方法实时计算虚拟电流信号，电流响应速度大幅提高，同时，该方法不依赖系统参数，系统稳定性抗干扰能力和进一步增强。一种单相PWM整流器的直接电流控制方法，包括以下步骤：步骤S1，采用信号滞后60°的方法，将网侧单相电压us滞后60°，得到u60；并令us等于ua，-u60等于uc，其中，ua为电网a相交流电压信号，uc为电网c相交流电压信号；步骤S2，根据步骤S1所得到的电网a相交流电压信号ua、电网c相交流电压信号uc，根据三相电网电压对称原理，利用公式(1)，计算出电网b相电压信号ub：ub＝-ua-uc(1)；步骤S3，根据步骤S1所得到的电网a相交流电压信号ua、电网c相交流电压信号uc和S2所得到的电网b相电压信号ub，使用CLACK变换，即公式(2)，得到两相静止坐标系下的电压信号uα、uβ：步骤S4，根据步骤S3所得到的两相静止坐标系下的电压信号uα、uβ，按公式(3)，计算电网同步旋转角sinθ、cosθ：步骤S5，采用电压传感器采集直流侧电压udc，直流侧参考电压值udc*直接给定，将采集得到的直流侧电压udc和直流侧参考电压udc*做差比较，将做差比较后的结果输入PI控制器，得到有功电流指令id*，无功电流指令iq*直接给定；步骤S6，将步骤S4计算得到的电网同步旋转角sinθ、cosθ、步骤S5得到的有功电流指令值id*、直接给定的无功电流指令值iq*输入虚拟电流构造模块，计算虚拟正交电流信号im；步骤S7，使用电流传感器采集实际电流is，根据步骤S4所获得的电网同步旋转角sinθ、cosθ，按公式(4)，将实际电流is和步骤S6所获得的虚拟正交电流信号im变换到同步旋转坐标系下，得到有功电流分量id和无功电流分量iq：步骤S8，将步骤S7得到的有功电流分量id和无功电流分量iq分别与步骤S5得到的有功电流指令id*、无功电流指令iq*做差比较后，将做差比较后的结果输入PI电流控制器，PI电流控制器输出得到d轴电压指令信号ud*和q轴电压指令信号uq*；步骤S9，根据步骤S4所获得的电网同步旋转角sinθ、cosθ和步骤S8中获得的d轴电压指令信号ud*和q轴电压指令信号uq*，按公式(5)，进行旋转坐标系到静止坐标系变换，获得静止坐标系下的调制波信号uα*和uβ*：步骤S10，根据步骤S9中获得的静止坐标系下的调制波信号uα*作为最终的调制信号，使用正弦脉宽调制技术进行调制，生成开关信号驱动单相PWM整流器工作，静止坐标系下的调制波信号uβ*被舍弃。进一步地，所述步骤S6计算虚拟正交电流信号im，具体步骤如下：步骤S61，将步骤S5计算得到的有功电流指令id*和无功电流指令iq*分别进行平方，再相加，将平方和的结果开根号作为虚拟轴电流幅值A；步骤S62，将步骤S5直接给定的无功电流指令iq*除以有功电流指令id*，并将结果做反正切三角函数运算，得到虚拟轴电流初相位步骤S63，根据步骤S4计算得到的电网同步旋转角sinθ、cosθ，步骤S61和步骤S62获得的虚拟轴电流幅值A和初相位按公式(8)，计算与实际电网信号正交的虚拟正交电流信号im：本专利技术的有益效果为：1、本专利技术将三相PWM整流器直接电流控制方法引入单相PWM整流器系统，使用PI控制器实现系统有功电流和无功电流的独立控制，能实现对电流信号的无差跟踪，控制性能高。2、与现有基于时间延迟法构造两相正交信号方法相比，本专利技术通过电流指令信号和电网相位角数据计算虚拟轴电流信号，算法计算简单，电流动态响应速度快。3、与现有的虚拟电路法相比，构造虚拟电路获取正交电流不依赖系统参数，系统稳定性和抗干扰能力增强。附图说明图1为单相PWM整流器拓扑图。图2为基于虚拟电流构造模块的单相PWM整流器直接电流控制整体框图。图3为虚拟电流构造模块内部示意图。图4为脉宽调制技术原理示意图。图5为延时方法在dq旋转坐标系下的电流响应实验图。图6为虚拟电路法在dq旋转坐标系下的电流响应实验图。图7为本专利技术在dq旋转坐标系下的电流响应实验图。图8为虚拟电路法在dq旋转坐标系下的稳定性测试实验图。图9为本专利技术在dq旋转坐标系下的稳定性测试实验图。具体实施方式上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理和最佳实施例，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。下面结合附图和具体实施例，对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术针对单相PWM整流器缺少自由度的特点，利用有功电流指令、无功电流指令和电网同步旋转角数据计算出一个与实际单相电流信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相PWM整流器的直接电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，采用信号滞后60°的方法，将网侧单相电压u

【技术特征摘要】
1.一种单相PWM整流器的直接电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采用信号滞后60°的方法，将网侧单相电压us滞后60°，得到u60；并令us等于ua，-u60等于uc，其中，ua为电网a相交流电压信号，uc为电网c相交流电压信号；
步骤S2，根据步骤S1所得到的电网a相交流电压信号ua、电网c相交流电压信号uc，根据三相电网电压对称原理，利用公式(1)，计算出电网b相电压信号ub：
ub＝-ua-uc(1)；
步骤S3，根据步骤S1所得到的电网a相交流电压信号ua、电网c相交流电压信号uc和S2所得到的电网b相电压信号ub，使用CLACK变换，即公式(2)，得到两相静止坐标系下的电压信号uα、uβ：



步骤S4，根据步骤S3所得到的两相静止坐标系下的电压信号uα、uβ，按公式(3)，计算电网同步旋转角sinθ、cosθ：



步骤S5，采用电压传感器采集直流侧电压udc，直流侧参考电压值udc*直接给定，将采集得到的直流侧电压udc和直流侧参考电压udc*做差比较，将做差比较后的结果输入PI控制器，得到有功电流指令id*，无功电流指令iq*直接给定；
步骤S6，将步骤S4计算得到的电网同步旋转角sinθ、cosθ、步骤S5得到的有功电流指令值id*、直接给定的无功电流指令值iq*输入虚拟电流构造模块，计算虚拟正交电流信号im；
步骤S7，使用电流传感器采集实际电流is，根据步骤S4所获得的电网同步旋转角sinθ、cosθ，按公式(4)，将实际电流is和步骤S6所获得的虚拟正交电流信号im变换到同步旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宁，肖静，韩帅，陈卫东，孙乐平，冯玉斌，吴宛潞，郭小璇，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45