一种广义Clarke坐标变换和三相控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种三相广义Clarke坐标变换和控制电路。所述广义Clarke坐标变换能够将幅值、相位均不平衡的三相电量变换为两相幅值相等的正交正弦量。所述控制电路包括电网电压采样电路、电感电流采样电路、直流母线电压采样电路、功率开关管驱动电路和数字控制单元；数字控制单元包括广义Clarke变换器、αβ/dq变换器、锁相器、幅值检测、电流幅值控制器、dq/αβ变换器、广义Clarke逆变换器、SPWM控制器、母线电压PI调节器、有功电流PI调节器和无功电流PI调节器。本发明专利技术可以使三相PWM整流器在电网幅值、相位均不平衡条件下实现低THD运行。网幅值、相位均不平衡条件下实现低THD运行。网幅值、相位均不平衡条件下实现低THD运行。

【技术实现步骤摘要】
一种广义Clarke坐标变换和三相控制电路


[0001]本专利技术属于电力电子变换器控制
，特别涉及了广义Clarke坐标变换和三相控制电路。

技术介绍

[0002]三相PWM整流器作为交流电网与直流用电设备之间的接口变流器，广泛应用于航空电源、电动汽车充电等领域。高渗透率分布式发电装置及单相负载的接入极易引起三相交流电网的幅值不平衡和相位不对称。因此，为了保证可靠供电，三相PWM整流器必须具备在不平衡电网条件下运行的能力。传统双环控制由于Clarke变换仅能够将平衡三相电流变换为两相幅值相等的正交正弦量。故当电网不平衡时，传统双环控制将引起严重的输入电流畸变。现有技术文献“Hong
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Seok Song and Kwanghee Nam，Dual current control scheme for PWM converter under unbalanced input voltage conditions，IEEE Transactions on Industrial Electronics，vol.46，no.5，pp.953
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959，Oct.1999.”提出了三相PWM整流器的双电流环控制策略，将对称分量法与同步旋转坐标系(Synchronous rotating frame，SRF)相结合，将幅值、相位均不平衡的三相电流变换为正序SRF和负序SRF下的四个直流量，并用四个PI调节器分别控制。该策略有效消除了电网不平衡引起的交流电流畸变，但是由于使用了4个电流调节器及对称分量法，其控制环路十分复杂。现有技术文献“程杰，一种新型三相不平衡坐标变换体系及其应用[D].燕山大学，2017.”和“G.Tan，J.Cheng and X.Sun，Tan
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Sun Coordinate Transformation System Theory and Applications for Three
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Phase Unbalanced Power Systems，IEEE Transactions on Power Electronics，vol.32，no.9，pp.7352
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7380，Sept.2017.”提出Tan
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Sun坐标变换，将三相不对称交流电流变换为两相直流电流，然后用两个PI调节器分别控制。该策略简化了电网不对称工况下的控制环路，但是由于Tan
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Sun坐标变换中自然坐标轴A轴与两相静止坐标系下的α轴方向不同，且针对三相电之和不为0的情况时需要根据零序分量对三相电流进行预处理，故该Tan
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Sun坐标变换的表达式十分复杂，不利于数字控制实现。因此，有必要研究一种适用于电网不平衡条件下的低运算的坐标变换方法及控制电路。

技术实现思路

[0003]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了三相广义Clarke坐标变换和控制电路。
[0004]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种广义Clarke变换方法，能够将幅值不平衡、相位不对称的三相交流电流变换为两相幅值相等的正交正弦量，其幅值与A相电流相等；
[0006]进一步地，基于广义Clarke变换，本专利技术提出三相PWM整流器的控制电路，所述三相PWM整流器包括三相交流电源、三相输入滤波电感、PWM整流器主电路、直流母线滤波电容，所述PWM整流器主电路采用三相两电平AC/DC变流器、三相三电平T型AC/DC变流器、三相
三电平维也纳整流器或三相中点箝位型AC/DC变流器，三相PWM整流器的半导体器件采用MOSFET；
[0007]所述控制电路包括电网电压采样电路、电感电流采样电路、母线电压采样电路、功率开关管驱动电路和数字控制单元；数字控制单元包括广义Clarke变换器、αβ/dq变换器、锁相器、幅值检测、电流幅值控制器、dq/αβ变换器、广义Clarke逆变换器、SPWM控制器、母线电压PI调节器、有功电流PI调节器和无功电流PI调节器；电网电压采样电路的三个输入端对应接至三相输入滤波电感与三相交流电源的连接处，电网电压采样电路的输出连接锁相器及幅值检测的输入端；电感电流采样电路的三个输入端对应接至三相输入滤波电感的三个输出端，电感电流采样电路的输出端连接广义Clarke变换器的第一输入端；幅值检测的输出端连接至广义Clarke逆变换的第二输入端；锁相器的第一输出端输出电网相位，连接至αβ/dq变换器和dq/αβ变换器的输入端；锁相器的第二输入端输出B相电压、C相电压与A相电压的相位差，连接至电流幅值控制器的输入端和广义Clarke变换器、广义Clarke逆变换器的第三输入端；电流幅值控制器的输出端连接至广义Clarke变换器的第二输入端；母线电压采样电路采集直流母线电压并输出，与母线电压参考值做差，差值输入母线电压PI调节器；母线电压PI调节器的输出信号与αβ/dq变换器输出的d轴信号做差，差值输入有功电流PI调节器；αβ/dq变换器输出的q轴信号与参考值0做差，差值输入无功电流PI调节器；dq/αβ变换器的两个输入端分别连接有功电流PI调节器的输出端和无功电流PI调节器的输出端；dq/αβ变换器的输出端连接广义Clarke逆变换器的第一输入端；广义Clarke你变换器的输出端连接至SPWM的输入端；SPWM的输出端连接至功率开关管驱动电路的输入端；功率开关管驱动电路的输出端连接至PWM整流器各个开关管的门极。
[0008]进一步的，所述电流幅值控制器根据B相电压与C相电压与A相电压的相位差计算稳态下B相电流幅值、C相电流幅值与A相电流幅值的比值。
[0009]进一步地，所述三相交流电源按星型接法连接。
[0010]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0011]本专利技术可以有效消除电网不平衡工况下PWM整流器的输入电流畸变。因此本专利技术设计的坐标变换及控制电路适用于三相电网存在不平衡的弱电网中，尤其在大量分布式发电及单相负载接入的电网中有广泛的应用前景。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的控制电路图；
[0013]图2为PWM整流器使用本专利技术的控制电路时，电网由平衡突变为幅值不平衡的动态波形；
[0014]图3为PWM整流器使用本专利技术的控制电路时，电网由幅值不平衡突变为幅值、相位均不平衡的动态波形。
具体实施方式
[0015]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0016]一种广义Clarke坐标变换及其逆变换，包括如下表达式：
[0017][0018][0019]其中u
a
、u
b
、u
c
为三相自然坐标系下的三相正弦量；u
α
、u
β
、u0为两相静止坐标系(αβ坐标系)下的α轴分量、β轴分量和零序分量；k
b
和k
c
分别为B相正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三相广义Clarke坐标变换和控制电路，所述广义Clarke坐标变换及其逆变换包括如下表达式，括如下表达式，其中u
a
、u
b
、u
c
为三相自然坐标系下的三相正弦量；u
α
、u
β
、u0为两相静止坐标系(αβ坐标系)下的α轴分量、β轴分量和零序分量；k
b
和k
c
分别为B相正弦量幅值和C相正弦量幅值与A相正弦量幅值的比例；和分别为B相正弦量和C相正弦量与A正弦量的相位差；式I将能够将相位、幅值均不对称的三相正弦量变换为αβ坐标系下的两相幅值相等的正交正弦量及一个零序分量；式II为式I的逆变换。2.一种三相PWM整流器的控制电路，所述三相PWM整流器包括三相交流电源、三相输入滤波电感、PWM整流器主电路、直流母线滤波电容，所述PWM整流器主电路采用三相两电平AC/DC变流器、三相三电平T型AC/DC变流器、三相三电平维也纳整流器或三相中点箝位型AC/DC变流器，三相PWM整流器的半导体器件采用MOSFET；其特征在于：所述三相控制电路包括电网电压采样电路、电感电流采样电路、母线电压采样电路、功率开关管驱动电路和数字控制单元；数字控制单元包括广义Clarke变换器、αβ/dq变换器、锁相器、幅值检测、电流幅值控制器、dq/αβ变换器、广义Clarke逆变换器、SPWM控制器、母线电压PI调节器、有功电流PI调节器和无功电流PI调节器；电网电压采样电路的三个输入端对应接至三相输入滤波电感与三相交流电源的连接处，电网电压采样电路的输出连接锁相器及幅值检测的输入端；电感电流采样电路的三个输入端对应接至三相输入滤波电感的三个输出端，电感电流采样电路的输出端连接广义Clarke变换器的第一输入端；幅值检测的输出端连接至广义Clarke逆变换的第二输入端；锁相器的第一输出端输出电网相位，连接至αβ/dq变换器和dq/αβ变换器的输入端；锁相器的第二输入端输出B相电压、C相电压与A相电压的相位差，连接至电流幅值控制器的输入端和广义Clarke变换器、广义Clarke逆变换器的第三输入端；电流幅值控制器的输出端连接至广义Clarke变换器的第二输入端；母线电压采样电路采集直流母线电压并输出，与母线电压参考值做差，差值输入母线电压PI调节器；母线电压PI调节器的输出信号与αβ/dq变换器输出的d轴信号做差，差值输入有功电流PI调节器；αβ/dq变换器输出的q轴信号与参考值0做差，差值输入无功电流PI调节器；dq/αβ变换器的两个输入端分别连接有功电流PI调节器的输出端和无功电流PI调节器的输出端；dq/αβ变换器的输出端连接广义Clarke逆变换器的第一输入端；广义Clarke你变换器的输出端连接至SPWM的输入端；SPWM的输出端连接至功率开关管驱动电路的输入端；功率开关管驱动电路的输出端连接至PWM...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宇航，张犁，张哲，明岩，邢岩，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：