PWM整流器的控制设备以及控制方法技术

本发明专利技术提供了一种PWM整流器的控制方法和控制设备。依照本发明专利技术的控制方法包括：步骤1）、确定PWM整流器期望输出的线电压uab，ubc，uca；步骤2）、根据uab，ubc，uca的极性，确定用来表示指令电压矢量的开关矢量(ka，kb，kc)，其包括两个非零矢量和两个零矢量，其中ka，kb，kc为1分别表示a，b，c桥臂上管导通,ka，kb，kc为0分别表示a，b，c桥臂下导通；步骤3）、基于步骤2）确定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的电流大小，确定a，b，c三相的开关时刻（Ta，Tb，Tc）；和步骤4）、基于步骤3）确定的a，b，c三相的开关时刻（Ta，Tb，Tc）控制PWM整流器a，b，c三相的开关元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种PWM整流器的控制设备以及控制方法，特别涉及一种采用SVPWM技术的PWM整流器的控制设备以及控制方法。
技术介绍
整流器的发展经历了由不控整流器(二极管整流)、相控整流器(晶闸管整流)到PWM整流器(门极关断功率开关管)的发展历程。传统的相控整流器存在以下问题(1)晶闸管换相引起电网电压波形畸变(2)网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”(3)深控时网侧功率因数低(4)闭环控制时动态响应相对较慢。二极管整流器改善了网侧功率因数，但仍会产生网侧谐波电流而“污染”电网，另外二极管整流器的不足还在于其直流电压的不可控性。PWM整流器克服了上述缺点，可以取得以下优良性能(1)网侧电流为正弦波(2)网侧功率因数控制(3)电能双向传输(4)较快的动态控制响应。因此PWM (脉冲宽度调制)整流器取得了更为广泛和重要的应用。但是，传统的PWM整流器的控制存在计算复杂、损耗高等问题。
技术实现思路
有鉴于现有技术中存在的缺点，本专利技术提供了一种新型的采用SVPWM技术的PWM整流器的控制设备以及控制方法。本专利技术的一方面在于提供一种PWM整流器的控制方法，其包括步骤I)、确定PWM整流器期望输出的线电压Uab，ubc, Uca ;步骤2)、根据uab，ubc, Uca的极性，确定用来表示指令电压矢量的开关矢量(ka, kb, k。),其包括两个非零矢量和两个零矢量,其中ka, kb, k。为I分别表示a，b，c桥臂上管导通，ka，kb，k。为O分别表示a，b，c桥臂下导通；步骤3)、基于步骤2)确定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的电流大小，确定a，b，c三相的开关时刻(Ta，Tb，Tc);和步骤4)、基于步骤3)确定的a，b，c三相的开关时刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的开关元件。本专利技术的另一方面在于提供一种PWM整流器的控制设备，其包括线电压确定模块，其用于确定PWM整流器期望输出的线电压uab，ubc, ;开关矢量确定模块，其用于根据uab, ubc, Uca的极性,确定用来表示指令电压矢量的开关矢量(ka, kb, k。)，其包括两个非零矢量和两个零矢量，其中ka，kb，k。为I分别表示a，b，c桥臂上管导通，ka，kb，k。为O分别表示a，b，c桥臂下导通；开关时刻确定模块，其用于基于开关矢量确定模块确定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的电流大小，确定3，比(3三相的开关时刻(1；，1；，1'。);和开关元件控制模块，其用于基于开关时刻确定模块确定的a，b，c三相的开关时刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的开关元件。依照本专利技术，根据PWM整流器期望输出的线电压的极性直接定位空间电压矢量，与传统的SVPWM技术相比，省略了复杂的坐标变换和反三角变换，明显降低了运算量。此外，依照本专利技术，通过将PWM作用时间分为五段进行控制，且使三相中的一相在一个PWM周期内恒为高或恒为低，可以有效地降低开关损耗。附图说明图1为PWM整流器的硬件控制原理框图；图2为为图1中的电流采集电路和DSP控制电路的原理框图；图3为三相PWM整流器主电路；图4为各扇区线电压极性分布示意图；图5为第一扇区A相恒高开关矢量作用时序图；图6为第一扇区C相恒低开关矢量作用时序图；图7为显不5kw逆变器电网a相电流和占空比的不意图。具体实施例方式图1是PWM整流器的硬件控制原理框图。它主要由PWM整流器主电路I和电压、电流采集电路和DSP (数字信号处理)控制电路2组成。电压、电流采集电路和DSP控制电路2包括电流传感器3、电压传感器4、信号调理电路5、DSP的AD (模数)转换电路6、DSP控制电路7 ；PWM整流器主电路I包括PWM驱动电路8、电感9和三相电压型逆变器10。电压传感器4实时检测电网电压Ua、Ub、Uc和三相电压型逆变器10的直流母线电容两端的直流电压Udc，送入到信号调理电路5 ;电流传感器3实时检测PWM整流器的输出电流Ia、Ib、Ic也送入到信号调理电路5 ;信号调理电路5用于滤除电压传感器4和电流传感器3的输出信号中的高频噪声信号，并将其放大到合适范围，输出到DSP的AD转换电路6 ；DSP的AD转换电路6完成对模拟量的采样将其转换为数字量，结果存在相应的寄存器中；DSP控制电路7根据本专利技术提出的控制方法，输出SVPWM (空间矢量脉宽调制)信号。PWM驱动电路8与DSP控制电路7相连，根据DSP控制电路7输出的SVPWM信号产生相应的PWM驱动信号驱动三相电压型逆变器10的IGBT功率器件；三相电压型逆变器10通过电感9与电网连接，三相电压型逆变器10的输出电压与电网电压的压差在电感9上产生网侧电流，完成PWM整流器的功能，电流从电网流入逆变器处于整流状态；电流从逆变器流入电网处于逆变状态，实现四象限运行功能。图2为图1中的电流采集电路和DSP控制电路2的原理框图。在图2中，依照本专利技术的功率开关优化的SVPWM控制方法，产生SVPWM信号以控制PWM整流器。本领域的技术人员可以理解，图2中的处理可以通过软件实现。如图2所示，首先，获取三相电流实际值ia，ib，i。、电压信号Ua、Ub、Uc和Udc，并通过A/D采样模块21进行采样、Α/D转换和去噪放大处理。电流和电压的采样、Α/D转换和去噪放大处理例如可以通过如图1所示的电压传感器4、电流传感器3、信号调理电路5、AD转换电路6实现。将Α/D采样模块21采样的电压信号Ua、Ub、Uc输入锁相环22，计算出电网的相位角wt。计算出的相位角wt从锁相环22输入预测模块23，而且采样的电压信号Ua、Ub、Uc也从采样模块21输入预测模块23。在预测模块23中，根据电网的相位角wt、电网电压Ua、Ub、Uc和控制周期预测 出下一控制节拍的电网电压Ua+、Ub+、Uc+。该预测出的下一控制节拍的电网电压Ua+、Ub+、Uc+从预测模块23输入开关功率优化模块26。此外，PI调节器24基于外部给定的直流电压UdcRef和Α/D采样模块21获得的直流电压Udc得到网侧电流的d轴给定分量IdRef。IdRef从PI调节器24输入至dq/abc模块25。此外，外部给定的网侧q轴分量IqRef也输入至dq/abc模块25。dq/abc模块25基于IdRef、IqRef和电网的相位角wt,经过dq/abc的变换得到网侧电流a、b、c的给定IaRef、IbRef、IcRef。网侧电流 a、b、c 的给定 IaRef、IbRef、IcRef 从 dq/abc 模块 25 输入开关功率优化模块26。在开关功率优化模块26中，基于网侧电流a、b、c的给定IaRef、IbRef、IcRef、下一控制节拍的电网电压Ua+、Ub+、Uc+、A/D采样模块21采样的直流电压Udc、Ia、Ib、Ic和电感值L通过开关功率优化的SVPWM算法，得出PWM整流器三相桥的开关时间，通过DSP内部控制电路发出SVPWM信号，去控制三相电压型逆变器的IGBT的开关。下面，详细描述依照本专利技术的功率开关优化的SVPWM具体实现方法。(I) PWM整流器期望输出线电压计算首先，计算PWM整流器期望输出线电压。图3为将图1中的PWM整流器的主电路展开为三相获得的电路图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PWM整流器的控制方法，其包括：步骤1）、确定PWM整流器期望输出的线电压uab，ubc，uca；步骤2）、根据uab，ubc，uca的极性，确定用来表示指令电压矢量的开关矢量(ka，kb，kc)，其包括两个非零矢量和两个零矢量，其中ka，kb，kc为1分别表示a，b，c桥臂上管导通,ka，kb，kc为0分别表示a，b，c桥臂下导通；步骤3）、基于步骤2）确定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的电流大小，确定a，b，c三相的开关时刻（Ta，Tb，Tc）；和步骤4）、基于步骤3）确定的a，b，c三相的开关时刻（Ta，Tb，Tc）控制PWM整流器a，b，c三相的开关元件。

【技术特征摘要】
1.一种PWM整流器的控制方法，其包括 步骤I)、确定PWM整流器期望输出的线电压uab，ubc, Uca ； 步骤2)、根据uab, ubc, Uca的极性,确定用来表示指令电压矢量的开关矢量(ka, kb, k。),其包括两个非零矢量和两个零矢量，其中ka，kb，k。为I分别表示a，b，c桥臂上管导通，ka，kb，k。为O分别表示a，b，c桥臂下导通； 步骤3)、基于步骤2)确定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的电流大小，确定a，b，c三相的开关时刻(Ta，Tb，Tc);和 步骤4)、基于步骤3)确定的a，b，c三相的开关时刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的开关元件。2.如权利要求1所述的控制方法，其中，在一个PWM周期内，a,b，c相中的一相的相电压恒为O或I。3.如权利要求2所述的控制方法，其中，将PWM周期分为5段进行控制。4.如权利要求1-3任一项所述的控制方法，其中，所述非零开关矢量包括Vl(0，0，I)、V2 (0,1,0)和 V3(0，1，1)、V4(1，0，0)、V5(1，0，1)和 V6 (1，1，O)，所述零开关矢量包括 VO (0，0,0)和 V7(l，l，l)。5.如权利要求4所述的控制方法，其中， 当uab>0，ube>0，uea〈0时，确定指令电压矢量位于由非零开关矢量V4 (1，0，O)和V6 (1，1，O)限定的第一扇区； 当ιι 〈0，ι^>0，ιιΜ〈0时，确定指令电压矢量位于由非零开关矢量V6 (I，1，0)和V2(0，1，0)限定的第二扇区； 当uab〈0，ube>0，uea>0时，确定指令电压矢量位于由非零开关矢量V2 (O，1，0)和V3(0，1，1)限定的第三扇区； 当uab〈0，ube〈0，uea>0时，确定指令电压矢量位于由非零开关矢量V3 (O，1，I)和Vl (0，0，I)限定的第四扇区； 当uab>0，ube〈0，uea>0时，确定指令电压矢量位于由非零开关矢量Vl (0,0,1)和V5(l，0，I)限定的第五扇区； 当uab>0，ube〈0，uea〈0时，确定指令电压矢量位于由非零开关矢量V5 (1，0，I)和V4 (1，0，O)限定的第六扇区。6.如权利要求5所述的控制方法，其中，指令电压矢量由用于限定其位于扇区的非零开关矢量和零开关矢量表示。7.如权利要求6所述的控制方法，其中，在步骤3)中，将Ts/2设定为1，Ts为控制周期； 当指令电压矢量在第一扇区，且ia>=i。时，开关时刻为8.如权利要求7所述的控制方法，其中，在步骤I)中，基于三相电流给定电流、三相电流实际值以及下一控制节拍三相电网电压，确定PWM整流器期望输出的线电压uab，ubc, Ucao9.一种PWM整流器的控制设备，其包括 线电压确定模块，其用于确定PWM整流器期望输出的线电...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗本东，
申请(专利权)人：苏州景新电气有限公司，
类型：发明
国别省市：