[發明專利]三相功率變換器變矢量個數直接功率控制方法

在審

• 申請號: 201510097502.5
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104617798A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 王萌;祁明艷;施艷艷;馬鵬飛;高金輝
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明屬于電力電子與電氣傳動的變換器控制領域，具體涉及一種三相功率變換器變矢量個數直接功率控制方法。

背景技術

三相電壓型脈寬調制變換器以其輸入電流正弦度好、單位功率因數、及能量雙向流動等優點，廣泛應用于整流、交流調速、有源濾波、無功補償和新能源并網發電等領域。其經典的控制方法主要包括電網電壓定向控制(voltage?oriented?control，VOC)和直接功率控制(direct?power?control，DPC)。在DPC中，開關表的優劣直接影響整個系統的控制性能，目前有多種開關表的建立途徑：從功率守恒的角度對變換器進行建模分析；通過分析電流與空間電壓矢量和功率的關系；通過一種基于DPC的最優向量通用判據來選擇合適的電壓矢量實現有功功率和無功功率的控制；在變換器數學模型的基礎上結合瞬時功率理論定性分析電壓矢量與輸入有功、無功功率的關系等。在瞬時功率理論基礎上得出的傳統直接功率控制矢量表中，能使有功功率增加且無功功率增加和能使有功功率增加且無功功率減少的非零矢量有兩個而并非一個，致使有功功率具有較大的穩態紋波。因此本發明提出一種三相功率變換器變矢量個數直接功率控制方法，該方法不僅算法簡單，更明顯地減小了有功功率的穩態紋波。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題而提供一種三相功率變換器變矢量個數直接功率控制方法。

為實現上述目的本發明采用如下技術方案，三相功率變換器變矢量個數直接功率控制方法，包括以下步驟：(1)、檢測三相功率變換器系統的三相電網電壓、三相輸入電流和直流母線電壓；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相輸入電流經過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流采樣值，并計算出有功功率與無功功率的實際值；(3)、將三相電網電壓信號經過軟件鎖相環(PLL)得到電網電壓位置角，并將其分為0°-60°、60°-120°、120°-180°、180°-240°、240°-300°和300°-360°六個扇區；(4)、將直流母線電壓參考值與步驟(1)得到的直流母線電壓實際值做差，經過PI控制器得到電流參考值，電流參考值與直流母線電壓實際值相乘得到有功功率參考值，且設無功功率的參考值為0；(5)、通過步驟(2)得到的兩相靜止坐標系下的電網電壓、有功功率與無功功率的實際值和8種不同的電壓矢量計算出相應電壓矢量作用下有功、無功功率的變化率，當變化率大于零時說明該電壓矢量能使功率增加，當變化率小于零時說明該電壓矢量能使功率減少；(6)、在不同扇區根據有功、無功功率變化率得出8種不同電壓矢量中能使有功功率增加且無功功率增加的兩個非零矢量和能使有功功率增加且無功功率減少的兩個非零矢量，以及能使有功功率減少且無功功率增加的一個非零矢量和能使有功功率減少且無功功率減少的一個非零矢量，再考慮零矢量的加入，即每個扇區得到2組均包括兩個非零矢量和一個零矢量的矢量組合和2組均包括一個非零矢量和一個零矢量的矢量組合，則電網電壓在0°-360°區間內，得出24組矢量組合；(7)、根據步驟(6)得到有功、無功功率在不同扇區內受不同電壓矢量作用時的變化趨勢，建立對應的改進矢量表；(8)、將步驟(2)得到的有功、無功功率的實際值和步驟(4)得到的有功、無功功率的參考值比較得出有功、無功功率實際值的變化趨勢；(9)、根據電網電壓位置角所在扇區和有功、無功功率實際值的變化趨勢從步驟(7)中得到的改進矢量表中選擇相應的電壓矢量組，并根據該矢量組各個矢量對有功、無功功率的變化率和有功、無功功率的參考值與實際值的差值進行計算，得出相應矢量作用的時間；(10)、將步驟(9)得到的控制矢量作用的時間轉換為控制功率器件的開關信號。

本方法控制算法簡單，易于實現，可以明顯減小有功功率波動和電流諧波，保證系統的控制品質。

附圖說明

圖1為三相功率變換器主電路結構；圖2為有功功率為1000W無功功率為0Var時，變換器輸入側電壓矢量對有功、無功功率的變化率；圖3為三個矢量(如V₃、V₄、V₀)時開關模式生成方法圖；圖4為三相功率變換器變矢量個數直接功率控制框圖；圖5為采用傳統直接功率控制矢量表的交流側a相電流波形圖和頻譜圖；圖6為采用改進矢量表的交流側a相電流波形圖和頻譜圖；圖7為采用傳統直接功率控制矢量表的有功、無功功率實驗波形圖；圖8為采用改進矢量表的有功、無功功率實驗波形圖。

具體實施方法