基于功率指令补偿的不平衡电网电压下PWM整流器控制方法技术

技术编号:7593647 阅读:200 留言:0更新日期:2012-07-21 12:40
本发明专利技术涉及一种电网电压不平衡下的三相PWM整流器控制技术,属于电力电子技术领域。在静止坐标系下,通过采样整流器直流侧电压、电网电压和电网电流,利用整流器交流侧电压和电网电压以及它们的延迟信号,得到有功和无功功率给定补偿值。该补偿值加上原有的基于电网电压平衡下的功率给定值,作为最终的功率给定值,然后采用预测直接功率控制的方法,得到整流器交流侧电压的指令值,进一步通过SVPWM分解得到六个开关管的驱动信号。本发明专利技术所述方法无需旋转坐标变换,很容易集成到已有的平衡电网电压下的控制方法中。本发明专利技术具有计算量小、容易实现、鲁棒性好等特点,可以在消除直流电压脉动的同时减小网侧电流的谐波畸变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三相电压型PWM整流器的控制方法,尤其涉及电网电压不平衡下的 PWM整流器控制方法,属于电力电子

技术介绍
实际电网电压通常是不平衡的,包括幅值不平衡和相位不平衡。按照理想平衡电网条件下的控制策略对PWM整流器进行控制时,会导致网侧电流出现大量谐波,直流侧输出电压产生波动,影响系统性能。为此世界各国学者对电网电压不平衡下的PWM整流器控制进行了研究,以期实现恒定直流电压输出,减小网侧电流的谐波,同时尽量保持网侧平均功率因数为O。已有的方法中,如《Dual current control scheme for PWM conver ter under unbalanced input voltage conditions》,通常需要对电网电压、电网电流和整流器电压进行正负序分解,然后在双旋转坐标系上通过PI对电流进行控制,这使得控制系统十分复杂。还有一些控制方法虽然无需正负序分解,但需要旋转坐标变换,如中国专利 CN200810007259. 3。为了简化控制系统,目前也有一些方法被提出来以消除旋转变换或者 PI,但同时又引入了较复杂的滤波器,如中国专利CN200910089671.9,或者需要精确知道电感参数,如文献《Control of Three-PhaseBoost-Type PWM Rectifier in Stationary Frame Under Unbalanced Input Voltage》。目前尚没有较好的方法能够同时满足I)完全在静止坐标上实现;2)无需滤波器等复杂信号处理算法;3)容易与已有的平衡电网下的 PWM整流器控制方法集成。因此,需要开发出一种简单有效的方法,能够很容易集成到已有的平衡电网下PWM整流器控制方法中,从而提高系统对不平衡电网情况下的适应性,满足实际运行需求。
技术实现思路
本专利技术旨在通过对现有的PWM整流器直接功率控制方法中的功率指令进行补偿, 从而可以增强对电网电压不平衡的适应性,包括消除直流输出电压脉动,减小网侧电流的谐波,达到和平衡电网下类似的运行效果。本专利技术所采用的技术方案如下一种基于功率指令补偿的不平衡电网电压下PWM整流器控制方法,其步骤包括步骤I:电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相α β坐标上的电压信号ea, e0 ;在忽略死区等非线性因素下,整流器交流侧电压可以通过输入SVPWM的电压指令直接得到为ua, Ue ;ea, ee和ua, Ue进一步通过1/4周期延迟函数得到e' a,e' e和u' a, u, e ;步骤2 :将给定直流电压减去PWM整流器输出直流电压得到的误差信号进入PI调节器,PI调节器的输出乘以PWM整流器直流侧电压得到初始有功功率给定PMf° ;初始无功功率给定(Tf°设为零;步骤3 :根据步骤2得到的初始有功和无功功率给定,和步骤I得到的网侧电压和整流器交流侧电压及其延迟信号,可以解析计算得到有功功率指令补偿值F°mp和无功功率补偿值Qcomp。步骤4 :步骤2中的初始有功和无功功率给定加上步骤3中的有功和无功功率补偿值,即为考虑了电网电压不平衡情况下的最终功率指令,作为PWM整流器控制的功率给定输入;步骤5 :根据步骤4获得的最终功率指令,采用已有的功率控制方法,如基于矢量表的直接功率控制或预测直接功率控制等,得到整流器的交流侧指令电压,进一步PWM分解得到开关器件的驱动信号。本专利技术具有如下特点和优势(I)功率指令补偿值的获得是基于静止两相坐标系,无需传统方法中的多次同步旋转坐标变换和正负序分量的分解;配台已有的基于静止坐标实现的平衡电网下的控制方法,可以使整个控制系统在静止坐标下实现而无需旋转坐标变换;(2)功率指令补偿值只需要网侧电压、整流器交流侧电压和初始功率给定等信息, 无需网侧电流和电感参数,因此对对系统参数扰动具有鲁棒性;(3)功率指令补偿在控制系统的最外环实现,可以很容易和已有的功率控制方法进行集成,从而扩展其在不平衡电网电压下的运行性能,具有扩展性好、简单有效、易于实施等优点。附图说明图I是三相PWM整流器系统硬件结构图;图2是基于功率指令补偿的不平衡电网电压下的PWM整流器控制框图;图3是未采用功率指令补偿时在电网电压不平衡下的网侧电压、电流和整流器直流侧电压的仿真结果;图4是采用功率指令补偿时在电网电压不平衡下的网侧电压、电流和整流器直流侧电压的仿真结果。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术进行进一步说明,其中电压指令矢量生成环节以预测直接功率控制为例,但只是用于解释本专利技术,而本非用于限定本专利技术的范围图I为本专利技术的硬件电路结构图,包括三相电压源、三相滤波电感(图中R为等效电阻)、整流桥主电路、直流侧电容、负载、电压电流采样电路、DSP控制器和驱动电路。电压电流采样电路利用电压霍尔传感器和电流霍尔传感器分别采集三相网侧交流电压、交流电流和整流器直流侧电压,经过信号调理电路后进入DSP控制器转换为数字信号。DSP控制器完成本专利技术所提出方法的运算,输出六路PWM脉冲,然后经过驱动电路后得到整流器的六个开关管的最终驱动信号。图2为本专利技术的控制原理框图,该控制方法在图I的DSP控制器上按照如下步骤依次实现步骤I :三相电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相α β坐标上的电压信号和电流信号,具体表示为权利要求1.一种基于功率指令补偿的不平衡电网电压下PWM整流器控制方法,其特征在于包括如下步骤步骤A :根据采样电网电压和整流器交流侧电压以及初始功率给定,计算得到功率补偿信号和最终功率给定;步骤B :根据最终功率给定,通过预测直接功率控制来得到整流器交流侧电压指令值, 然后通过SVPWM分解得到开关管的驱动信号。2.根据权利要求I所述的方法,其特征在于所述步骤A包括利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流,然后通过3/2变换得到在静止两相α β坐标上的电压信号ea,ee ;整流器交流侧电压ua,ue直接从SVPWM的输入电压指令得到;整流器交流侧电压和电网侧电压延迟1/4周期后得到其延迟信号分别为e' a,e, 0和11' a,u' 0 ;给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压得到有功功率初始给定值PMf° ;无功功率的初始给定值QMf°设为零;利用网侧电压和整流器交流侧电压及其延迟信号,结合初始有功和无功功率给定,可以解析计算得到有功功率指令补偿值Ρ·Ρ和无功功率补偿值Qramp为=^+e^_eJ_e/^UaU0 -UfiUa )-(ιξ -U213 +IL12 -η;){βαββ + efiea ) + 2(eaea- epeti )(uclut, + uaup)J Prtj0 / ΔQCO'"P = [2eae, ( ' +K,) + 2efie +u/) + 2(eaefi +eaefl)(uaufi+uait/!)jpref0 / A其中 Δ = [UaUfl - upua){el + e-p + e(; + ep:) + [eaep - )(ζ + irp + ua- + up')有功/无功功率补偿值加上有功/无功功率初始给定值,得到最终的考虑了电网电压不平衡后有功/无功功率指令给本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张永昌李正熙
申请(专利权)人:北方工业大学
类型:发明
国别省市:

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