一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法技术

本发明专利技术提供一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法。所述方法通过谐振锁相环提取交流侧电压相位信息；母线电压设定值经过斜坡函数得到母线电压参考值，电压参考值与采集的电压经过PI控制器进行计算；将提取的相位信息和PI控制器的输出相乘得到电流给定值，电流给定值与采集电流经过谐振控制器进行计算；计算数字延时对交流侧电压前馈值进行补偿，将谐振控制器的输出与交流侧电压前馈值相叠加，得到参考电压值；然后进行归一化处理得到调制波，通过调节三角载波的装载时刻，实现三角载波与调制波同步，两者相比较得到开关信号。与现有控制技术相比，本发明专利技术能够进一步降低启动时刻的冲击电流，实现无冲击平滑切换，方法简单易于实现。单易于实现。单易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法


[0001]本专利技术属于动车组领域，具体涉及一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法。

技术介绍

[0002]单相PWM整流器具有网侧功率因数高、可实现能量双向流动、谐波污染低等优点，已广泛用于铁路机车牵引等领域。对于单相PWM整流器来说，其控制目标是维持直流侧电压恒定，减小网侧电流谐波含量，提高功率因数和加快系统动态响应速度。PWM整流器由不控整流向可控整流切换的启动过程中会出现较大的冲击电流，使系统稳定性可靠性降低，并且会增加器件的选型裕度，提高设备成本。针对单相PWM整流器启动冲击电流问题，现有文献常用于抑制启动冲击电流的控制方法有很多，如电压外环软启动法、恒定电流充电法、变PI参数调节法等。现有的控制方法，在一定程度上改善了电流冲击问题，但忽略了由PWM调制算法和数字延时所造成的影响，没有实现最优的启动电流控制。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术缺点，提出一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，在电压外环斜坡给定的基础上，保证三角载波与调制波同步，并对交流侧电压前馈值进行补偿，降低启动时刻的冲击电流，实现无冲击平滑切换。
[0004]为了实现上述目，本专利技术采取以下的技术方案：
[0005]一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：将采集的交流侧电压信号通过谐振锁相环提取相位信息；
[0007]步骤2：直流侧母线电压设定值通过斜坡函数得到最终的直流侧母线电压参考值，母线电压参考值与采集的直流母线电压的偏差经过PI控制器进行计算；
[0008]步骤3：将谐振锁相环提取相位信息和PI控制器的输出相乘得到内环的电流给定值，电流给定值与采集的输入电流的偏差经过谐振控制器进行计算；
[0009]步骤4：计算数字延时对交流侧电压前馈值进行补偿，将谐振控制器的输出与交流侧电压前馈值相叠加，得到最终的参考电压值；
[0010]步骤5：调节三角载波的装载时刻，实现三角载波与调制波同步，两者相比较得到开关信号。
[0011]进一步地，所述的步骤1中采用的谐振锁相环结构为：
[0012][0013]式中，u
s
为交流侧电压，x和y为谐振锁相环的输出，y可以无差地跟踪交流侧电压
u
s
，x滞后y的角度为90
°
，x与y的幅值、频率相同，θ为正弦信号的瞬时角度。
[0014]进一步地，所述的步骤2中直流母线电压设定值沿特定斜率在Δt时间内上升至其中Δt时间的选取与整流器的参数有关。
[0015]进一步地，所述的步骤3中采用谐振频率为ω
g
的准谐振控制器，计算如下：
[0016][0017]其中，i
s
为采集的输入电流，k
pr
，k
r
为准谐振控制器增益，s为复变量，ω
g
为谐振频率，通过调节k
pr
，k
r
实现对交流电流的跟踪。
[0018]进一步地，所述的步骤4中，对PWM调制和数字控制系统延时进行补偿，对于非对称规则采样，延时补偿如下：
[0019]u
sc
＝y cos(ω
g
T
s
+ω
g
T
c
/4)
‑
x sin(ω
g
T
s
+ω
g
T
c
/4)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0020]其中，u
sc
为补偿后的交流电压，T
s
，T
c
分别为控制周期和三角载波周期。
[0021]进一步地，所述的步骤4中最终的参考电压值由谐振控制器的输出与交流侧电压前馈值相叠加，计算如下：
[0022]u
ref
＝u
sc
‑
u
pr
‑
ω
g
L
s
I
sm
cos(θ)
‑
R
s
I
sm
sin(θ)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023]其中，u
ref
为参考电压，R
s
，L
s
分别为网侧电阻和电感。
[0024]进一步地，所述的步骤5中，通过谐振锁相环提取的相位信息，保证在网侧电压过零点启动闭环，调节三角载波的装载时刻，实现三角载波与调制波同步。
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术提出一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，在无需增加额外硬件的前提下，通过控制算法，能够进一步降低启动时刻的冲击电流，实现无冲击平滑切换，方法简单易于实现。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法控制框图。
[0028]图2为本专利技术所述的三角载波与调制波不同步的波形图。
[0029]图3为本专利技术所述的实现三角载波与调制波同步的波形图。
[0030]图4为不采用任何启动电流冲击抑制方法的电流和电压波形图。
[0031]图5为采用提出的启动电流冲击抑制方法的电流和电压波形图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]如图1所示，本专利技术通过传感器检测交流侧电压、输入电流以及直流母线电压。首先将采集的交流侧电压信号通过谐振锁相环提取相位信息；直流侧母线电压设定值通过斜坡函数得到最终的直流侧母线电压参考值，母线电压参考值与采集的直流母线电压的偏差经过PI控制器进行计算；将谐振锁相环提取相位信息和PI控制器的输出相乘得到内环的电
流给定值，电流给定值与采集的输入电流的偏差经过谐振控制器进行计算；计算数字延时对交流侧电压前馈值进行补偿，将谐振控制器的输出与交流侧电压前馈值相叠加，得到最终的参考电压值；利用采集的直流母线电压将最终的参考电压值进行归一化处理得到调制波，通过调节三角载波的装载时刻，实现三角载波与调制波同步，两者相比较得到开关信号，控制开关器件的通断，最终实现PWM整流器的闭环控制。
[0034]具体地，本专利技术包括以下步骤：
[0035]步骤1：将采集的交流侧电压信号通过谐振锁相环提取相位信息。
[0036]对于铁路机车牵引系统，牵引供电网额定网压为25kV，牵引供电网电压频率为50Hz，交流侧电压可以表示为：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将采集的交流侧电压信号通过谐振锁相环提取相位信息；步骤2：直流侧母线电压设定值通过斜坡函数得到最终的直流侧母线电压参考值，母线电压参考值与采集的直流母线电压的偏差经过PI控制器进行计算；步骤3：将谐振锁相环提取相位信息和PI控制器的输出相乘得到内环的电流给定值，电流给定值与采集的输入电流的偏差经过谐振控制器进行计算；步骤4：计算数字延时对交流侧电压前馈值进行补偿，将谐振控制器的输出与交流侧电压前馈值相叠加，得到最终的参考电压值；步骤5：调节三角载波的装载时刻，实现三角载波与调制波同步，两者相比较得到开关信号。2.按照权利要求1所述的一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，其特征在于，所述的步骤1中采用的谐振锁相环结构为：式中，u
s
为交流侧电压，x和y为谐振锁相环的输出，y可以无差地跟踪交流侧电压u
s
，x滞后y的角度为90
°
，x与y的幅值、频率相同，θ为正弦信号的瞬时角度。3.按照权利要求2所述的一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，其特征在于，所述的步骤2中直流母线电压设定值沿特定斜率在Δt时间内上升至其中Δt时间的选取与整流器的参数有关。4.按照权利要求3所述的一种单相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，其特征在于，所述的步骤3中采用谐振频率为ω
g
的准谐振控制器，计算如下：其中，i
s
为采集的输入电流，u
pr
为谐振控制器的输出，k
pr
，k
r
为准谐振控制器增益，s为复变量，ω
g
为谐振频率，通过调节k
pr
，k
r
实现对交流电流的跟踪。5.按照权利要求4所述的一种单...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱进权，葛琼璇，赵鲁，王珂，张波，王晓新，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：