本发明专利技术提出基于合成电压空间矢量的电压型ＰＷＭ整流器直接功率控制系统，如附图所示。该系统采用相邻电压空间矢量合成一个幅值与其它非零电压空间矢量相同的合成电压空间矢量，使非零电压空间矢量达到１２个。为进一步减少功率控制误差、交流电流谐波及直流电压波动；对输入空间进行重新划分扇区。根据新的１２个电压空间矢量和扇区划分，确定了新的功率控制开关表。对系统计算机仿真表明，基于合成电压空间矢量的电压型ＰＷＭ整流器直接功率控制系统具有良好的动、静性能，实现了单位功率因数，直流电压波动及交流电流谐波均达到国家电能质量标准。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提出基于合成电压空间矢量实现电压型PWM整流器直接功率控制系统，可实现PWM整流器网侧电流低谐波、单位功率因数、能量双向流动及恒定直流电压控制，可应用到变频调速系统、有源滤波、通信电源等领域。属电力电子
技术介绍
电压型PWM整流器直接功率控制是通过控制瞬时有功功率和无功功率实现整流器高性能整流的。为提高整流器的性能，国内外学者提出了许多控制策略，Toshihiko Noguchi等学者采用估算到瞬时功率和检测到的电流进行电压估算，推进了直接功率控制的研究。继后，Mariusz Malinowski等学者为降低开关频率，减少损失，提出了基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略。为进一步提高直接功率控制系统能力，提出了基于输出调节子空间的功率控制策略。为改善和提高整流器的性能，对国外上述几种控制策略进行了对比分析和研究，上述几种控制策略均采用6个非零电压空间矢量和2个零电压空间矢量，通过1个开关表实施控制的，导致了有功功率波动(易导致直流电压波动)、大负载时功率因数变小及网侧电流谐波不能满足国家电能质量标准等问题。对此，提出了设置扇形边界死区的电压型PWM整流器直接功率控制的控制策略，较好解决了扇形边界死区对有功功率的影响，使有功功率平稳，提高了直流电压稳定度；提出了采用双开关表的电压型PWM整流器直接功率控制策略，较好的解决了整流器的启动性能和有功功率、无功功率的合理调节问题。上述两种策略只是从不同侧面改善了整流器的性能，仍采用6个非零电压空间矢量和两个零电压空间矢量实施控制的。1.Toshihiko Noguchi，Hiroaki Tomiki，Seiji Kondo，and Isao Takahashi.Direct Power Control of PWMConverter Without Power-Source Voltage Sensors.IEEE Trans on Industry Applications.1998，34(3)473-4792.Sc.Mariusz Malinnowski.Sensorless Control Strategies for Three-Phase PWM Rectifier.Warsaw Universityof Technology.Ph..D.Thesis.20013.Mariusz Malinowski，Marian P.Kazmierkowski，Steffan Hansen，Frede Blaabjerg，and G.D.Marques.Virtual-Flux Based Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifiers.IEEE Trans IndustryApplications.2001，37(4)1019-10274.何致远，韦巍.基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率控制研究.浙江大学学报(工学版)，2004，38(12)1619-16225.Gerardo Escobar，AleksandarM.Stankovic，Juan.M.Carraso，Eduardo Galvan，and RomeoOrtega.Analysis andDesign of Direct Power control(DPC)for a three Phase Synchronous Rectifier via Output RegulationSubspaces.IEEE Trans on Power Electronics.2003，18(1)823-8306.王久和，李华德，李正熙.电压型PWM整流器直接功率控制技术.电工电能新技术.2004，23(3)64-677.王久和，李华德，李正熙.电压型PWM整流器直接功率控制研究.辽宁工程技术大学学报，2004，23(5)658-6608.王久和，李华德，杨立永.设置扇形边界死区的电压型PWM整流器直接功率控制.北京科技大学学报，2005，27(3)380-3849.王久和，李华德.一种新的电压型PWM整流器直接功率控制策略.中国电机工程学报，2005，25(16)47-52
技术实现思路
为减少交流电流谐波、直流电压波动，提高负载变化时的功率因数；针对少电压空间矢量在功率控制上存在的问题，提出采用合成电压空间矢量实现整流器功率控制新策略，并根据该策略构成了整流器功率控制系统。该系统采用相邻电压空间矢量合成一个新的电压空间矢量，其幅值与其它非零电压空间矢量相同，如附图1所示。如U12是由U1和U2合成，以此类推；这样，便形成了具有12个非零电压空间矢量的输入空间；同时，为使选择Ui(i＝1，2，…，12)更好的逼近所需的Ur，按下式确定UrUr＝Ui(1)矢量的合成的原理如附图2所示。图中以U12为例说明新矢量的合成的原理，通过占空比为50％的信号控制两个矢量U1(011)、U2(110)通过两个与门，两个与门的输出经或门，得到所需的合成矢量U12；其余合成矢量照此处理。为进一步减少功率控制误差，减少谐波，减少直流电压波动；对输入空间进行重新划分扇区，θn由式(2)确定，θn分布见附图1。(2n-3)π12≤θn≤(2n-1)π12n=1,2,···,12---(2)]]>根据新的电压空间矢量和扇区划分，确定新的功率控制开关表。对应于Hp、Hq(有功功率和无功功率滞环比较器的环宽)的有功电流和无功电流为Δip、Δiq，则A、B、C、D、E、F、G、H为Hp、Hq限定的区域，如附图3所示。先考虑电源电压矢量u在第一扇区(-15°≤θ≤15°)，电流矢量i滞后于u，i的有功分量ip小于ir情况，即在A、B、O、H区域。当p＜pref、q＞0时，即i矢量在H、A、B线上，所选空间矢量ur应使i向O点(ir)移动；又由于i矢量在H、A、B线上位置不确定性，就按A点为依据选ur。所选空间矢量ur应使i从A向O点移动，对此，按式(3.3)、式(4.3)近似选择U56；同理，当p＞pref、q＞0时，近似选择U61；当p＜pref、q＜0时，近似选择U23；当p＞pref、q＜0时，近似选择U12。其它扇区可按此方法确定ur，可得功率控制开关表如1所示。表中SaSbSc为控制主电路开关管的开关函数。表1采用合成矢量的DPC系统功率控制开关表 基于合成电压空间矢量的PWM整流器直接功率控制系统如图4所示。按照附图4整流器直接功率控制系统结构，用上述新的输入空间扇形划分、合成空间矢量及功率控制开关表构建了smiulink环境下的仿真模型，仿真参数主电路参数Ua＝Ub＝Uc＝85V，电源频率f＝50Hz，L＝4mH，R＝0.1Ω，C＝2200μF，RL＝10Ω，Udcr＝200V，ILN＝20A。PI调节器为GPI(s)＝0.0195+0.178/s。系统在正常工作状态(RL＝10Ω)及性能仿真如附图5、附图6所示，由图5可知，系统具有良好的动、静性能；稳态时，ΔU≈0，λ＝本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于合成电压空间矢量的ＰＷＭ整流器直接功率控制系统，该系统采用了电压空间矢量实现电压型ＰＷＭ整流器的直接功率控制；其特征在于采用相邻电压空间矢量合成一个幅值与其它非零电压空间矢量相同的合成电压空间矢量［２］，使非零电压空间矢量达到１２个［１］，对输入空间进行重新划分扇区（２ｎ－３）π／１２≤θ↓［ｎ］≤（２ｎ－１）π／１２ｎ＝１，２，…，１２，建立了新的功率控制开关表，根据电源电压空间矢量的空间位置、新划分的输入空间扇区及新的功率控制开关表，在１２个非零电压空间矢量中选择 合适的非零电压空间实施功率控制，实现了单位功率因数、交流电流低谐波及直流电压恒定控制的目的。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王久和，王栓庆，王立明，
申请(专利权)人：北京信息工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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