[發(fā)明專利]電壓不對(duì)稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210415803.4
• 申請(qǐng)日: 2012-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN102916596A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施艷艷;王萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/219
• 分類號(hào): H02M7/219;H02M1/14
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原專利有限責(zé)任公司 41107
• 代理人: 于兆惠

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種不平衡電網(wǎng)電壓下電壓型PWM整流器的控制方法，屬于電力電子功率變換裝置控制領(lǐng)域，特別是一種電壓不對(duì)稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法。

背景技術(shù)

三相電壓型脈寬調(diào)制整流器在靜止無功補(bǔ)償、高壓直流輸電、有源電力濾波、電氣傳動(dòng)和可再生能源并網(wǎng)發(fā)電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在電網(wǎng)正常情況下，整流器能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行且輸出平穩(wěn)的直流母線電壓。然而，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障引起電網(wǎng)三相電壓不平衡時(shí)，基于電壓三相平衡條件設(shè)計(jì)的PWM整流器輸入無功功率將出現(xiàn)二倍頻諧波，不能實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行；輸出有功功率將出現(xiàn)二倍頻諧波，導(dǎo)致直流母線電壓產(chǎn)生二倍頻波動(dòng)。

針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障下三相PWM整流器的控制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均開展了相關(guān)研究并取得了一定的研究成果。有學(xué)者提出建立兩個(gè)分別實(shí)施在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流控制器對(duì)正、負(fù)序電流進(jìn)行獨(dú)立控制的正、負(fù)序雙電流環(huán)控制策略。有學(xué)者提出由功率橋輸入側(cè)功率求取正、負(fù)序電流的方法，此方法可以獲得較為穩(wěn)定的輸出功率，抑制直流母線電壓波動(dòng)。以上方法中，控制器均需要實(shí)施在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并需要對(duì)正、負(fù)序分量進(jìn)行分解。為了提高三相PWM整流器的響應(yīng)速度，可在電流環(huán)外對(duì)正、負(fù)序電流參考值進(jìn)行計(jì)算，有學(xué)者根據(jù)計(jì)算得到的正、負(fù)序電流給定值，在兩相靜止坐標(biāo)系中采用比例-諧振控制器對(duì)正、負(fù)序電流統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)節(jié)。此方法雖然避免了電流內(nèi)環(huán)中的正、負(fù)序計(jì)算，但是為了計(jì)算正、負(fù)序電流給定值，必須對(duì)系統(tǒng)中各分量進(jìn)行正、負(fù)序分解，增加了控制方案的運(yùn)算量。另外，該方法不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運(yùn)行。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障下PWM整流器的控制方法，使得控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不需要正、負(fù)序分解又可以對(duì)PWM整流器的輸出功率脈動(dòng)進(jìn)行直接補(bǔ)償，保持恒定的直流母線電壓，同時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行，有效提高電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障條件下整流器的輸入輸出品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種電壓不對(duì)稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法，該方法不需要正、負(fù)序分解計(jì)算，并通過對(duì)PWM整流器的輸入輸出功率脈動(dòng)進(jìn)行直接補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)單位功率因數(shù)運(yùn)行和穩(wěn)定的直流母線電壓，保證系統(tǒng)輸入輸出品質(zhì)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電壓不對(duì)稱故障下PWM整流器輸入輸出功率諧振控制方法，其特征在于包括以下步驟：(l)、檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓，三相輸入電流和直流側(cè)電壓，并通過鎖相環(huán)檢測(cè)電網(wǎng)電壓旋轉(zhuǎn)角速度和位置角；(2)、將檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓和三相輸入電流經(jīng)3/2變換模塊得到兩相靜止坐標(biāo)下的電網(wǎng)電壓和輸入電流；(3)、將兩相靜止坐標(biāo)下的電網(wǎng)電壓和輸入電流以電網(wǎng)電壓位置角進(jìn)行Park變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下d、q軸電網(wǎng)電壓和輸入電流；(4)、根據(jù)上一時(shí)刻輸出電壓以及兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的電網(wǎng)電壓和輸入電流計(jì)算系統(tǒng)輸入無功功率和輸出有功功率；(5)、將系統(tǒng)輸出有功功率、輸入無功功率二倍頻脈動(dòng)給定值分別與步驟(4)得到的系統(tǒng)輸出有功功率和輸入無功功率實(shí)際值做差，分別經(jīng)過比例諧振控制器1、比例諧振控制器2并通過補(bǔ)償電壓計(jì)算分別得到輸出有功功率和輸入無功功率二倍頻補(bǔ)償項(xiàng)；(6)、將直流側(cè)電壓給定值與步驟(1)得到的直流側(cè)電壓實(shí)際值的差經(jīng)過PI控制器1后，計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸電流的給定值；(7)、將步驟(6)中計(jì)算得到的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸電流的給定值與步驟(3)所計(jì)算得到的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸電流相減，然后經(jīng)過PI控制器2計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸輸出電壓值，設(shè)q軸電流給定值為0，其與步驟(3)所計(jì)算得到的q軸電流相減，然后經(jīng)過PI控制器3計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸輸出電壓值，將d、q軸輸出電壓值經(jīng)過解耦補(bǔ)償計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d、q軸電壓參考值；(8)、將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d、q軸電壓參考值經(jīng)過補(bǔ)償電壓計(jì)算，再分別與步驟(5)得到的二倍頻補(bǔ)償項(xiàng)相加，以電網(wǎng)電壓位置角為變換角進(jìn)行反Park變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓，該電壓信號(hào)經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制后，產(chǎn)生控制功率器件的開關(guān)信號(hào)。

作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，步驟(5)中所述比例諧振控制器的角速度ω_o設(shè)置為二倍電網(wǎng)電壓同步旋轉(zhuǎn)角速度2ω_g，其頻域表達(dá)式為：

本發(fā)明控制方法在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱故障情況下，不需要對(duì)系統(tǒng)中的正、負(fù)序分量進(jìn)行計(jì)算和分解，能夠?qū)WM整流器的輸入無功功率和輸出有功功率脈動(dòng)進(jìn)行直接補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運(yùn)行和直流母線電壓的穩(wěn)定控制，保證了系統(tǒng)的輸入輸出品質(zhì)。算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

附圖說明