[發(fā)明專利]無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法

無效

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• 申請日: 2011-04-18
• 公開（公告）號: CN102170239A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柴繼濤;周細(xì)文;吳恒榮;周金博;章輝
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇南自通華電氣成套有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 上海海頌知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器的矢量控制技術(shù)，更具體地說是涉及一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子裝置特別是整流設(shè)備的大量應(yīng)用，整流設(shè)備會向電網(wǎng)注入了大量諧波與無功電流給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重污染，同時再生能量無法回饋電網(wǎng)，造成資源的重大浪費(fèi)。而PWM整流器具有輸入電流正弦性好、能量可實(shí)現(xiàn)雙向流動等特性，在風(fēng)力發(fā)電以及無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是電壓型PWM整流器，主要采用電壓定向矢量控制方式，此時需要檢測電網(wǎng)電壓、輸入電流以及直流母線電壓。但眾多的傳感器以及信號處理電路會帶來高成本及復(fù)雜性等問題，因而減少傳感器成為PWM整流器的一個研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有無電網(wǎng)電壓傳感器矢量控制技術(shù)主要采用以下方法：

(1)估計(jì)虛擬電網(wǎng)磁鏈法

估計(jì)虛擬電網(wǎng)磁鏈方法，把PWM整流器中的電網(wǎng)電壓看做是交流電機(jī)的氣隙磁場在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢，電抗器等的電感和電阻分別相當(dāng)于電機(jī)定子繞組的漏感和電阻，因此把電網(wǎng)電壓看成是一個虛擬的磁鏈的微分量，通過觀測這個虛擬電網(wǎng)磁鏈來取代電網(wǎng)電壓作為定向矢量，以達(dá)到省去電網(wǎng)電壓傳感器的目的。

(2)估計(jì)電網(wǎng)電壓法

估計(jì)電網(wǎng)電壓方法，通過對并網(wǎng)逆變器輸出電流的積分來計(jì)算出并網(wǎng)側(cè)電壓，然后通過計(jì)算得出電網(wǎng)電壓在αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型從而估算出電網(wǎng)電壓的角度信號，從而達(dá)到省去電網(wǎng)電壓傳感器的目的。

但是估計(jì)虛擬電網(wǎng)磁鏈法存在初始磁鏈估計(jì)的問題，如果不帶初始磁鏈估計(jì)的觀測器或觀測器設(shè)計(jì)不合理，則會導(dǎo)致PWM整流器在啟動過程中產(chǎn)生很大電流沖擊甚至無法啟動。而估計(jì)電網(wǎng)電壓法會由于在電網(wǎng)電壓的估計(jì)中用到電流信號的微分量，從而容易引入和放大噪聲干擾，而且當(dāng)開關(guān)頻率較低時，采用近似的微分計(jì)算將造成較大的計(jì)算誤差。

目前典型PWM整流器系統(tǒng)的控制方法是通過檢測電網(wǎng)側(cè)電壓得到電網(wǎng)側(cè)電壓的相位角，通過檢測整流器電流和直流母線電壓，完成電網(wǎng)側(cè)有功功率和無功功率的控制，從而控制直流側(cè)的電壓，完成能量的傳遞。但現(xiàn)有的控制方法需要檢測電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)側(cè)電流以及直流母線電壓，而眾多的傳感器以及信號處理電路會帶來高成本及復(fù)雜性等問題，同時由于初始角度觀測不準(zhǔn)確還會帶來PWM整流器無法啟動的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的PWM整流器需要眾多的傳感器和信號處理電路而導(dǎo)致的高成本及復(fù)雜性等問題，同時還解決了由于初始角度觀測不準(zhǔn)確而帶來的PWM整流器無法啟動的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，該矢量控制方法的具體步驟為：

A.預(yù)算出電網(wǎng)電壓在PWM整流器起動前的初始相位角；

B.初始相位角通過同步坐標(biāo)變換，獲得電網(wǎng)同步坐標(biāo)系下有功電流和無功電流；通過直流母線電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)獲得有功電流給定，通過無功功率給定，獲得無功電流給定；

C.采用有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分獲得電網(wǎng)電壓相位角以及整流器輸出電壓；

D.通過整流器輸出電壓，控制開關(guān)器件。

所述的步驟A的具體步驟為：

A1.在PWM整流器開始運(yùn)行之前加若干個周期的零電壓矢量；

A2.通過電流霍爾傳感器分別采集三相電流；

A3.將三相電流經(jīng)過靜止三相/兩相變換，獲得兩相電流量；

A4.通過兩相電流量觀測虛擬電網(wǎng)磁鏈，獲得虛擬電網(wǎng)磁鏈的初始值；

A5.通過虛擬電網(wǎng)磁鏈的初始值獲得電網(wǎng)電壓的初始相位角。

所述的步驟B的具體步驟為：

B1.電網(wǎng)電壓的初始相位角通過同步坐標(biāo)變換，獲得電網(wǎng)同步坐標(biāo)系下有功電流以及無功電流；

B2.將直流母線電壓給定以及實(shí)際直流母線電壓通過電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得有功電流給定；

B3.根據(jù)功率因數(shù)和無功功率調(diào)節(jié)要求獲得無功電流給定。

所述的步驟C的具體步驟為：

C1.將有功電流給定和實(shí)際有功電流通過電流偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得有功電流偏差比例積分；

C2.將無功電流給定和實(shí)際無功電流通過電流偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得無功電流偏差比例積分；

C3.通過有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分，以及電網(wǎng)電壓前饋補(bǔ)償項(xiàng)得出電網(wǎng)電壓相位角和整流器輸出電壓。

所述步驟D中的整流器輸出電壓為三相橋輸出控制電壓，所述開關(guān)器件為三相橋IGBT模塊。