[發(fā)明專利]一種靜止坐標系下的復(fù)矢量電流環(huán)解耦控制裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110065647.2
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112653342B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂建國;劉蕊;解艷宇
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/088
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種靜止坐標系下復(fù)矢量的電流環(huán)解耦控制的裝置及方法。該裝置包括VIENNA整流器、數(shù)字處理控制模塊和驅(qū)動電路，其中數(shù)字處理控制模塊包括采樣單元、電壓控制單元、參考電流計算單元、復(fù)矢量電流控制單元、正弦脈寬調(diào)制單元。方法為：采樣單元分別采集VIENNA整流器直流側(cè)上下電容電壓、交流側(cè)三相電流及電壓；采集到的直流側(cè)上下電容電壓經(jīng)過電壓控制單元及參考電流生成單元得到靜止坐標系下的參考電流信號；參考電流信號經(jīng)過電流環(huán)解耦控制單元得到三相基波調(diào)制信號；三相基波調(diào)制信號經(jīng)過正弦脈寬調(diào)制單元處理，得到脈寬調(diào)制信號，該信號通過驅(qū)動電路控制VIENNA整流器每個開關(guān)管的工作狀態(tài)。本發(fā)明能夠有效減小功率間的耦合，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變換技術(shù)中的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種靜止坐標系下的復(fù)矢量電流環(huán)解耦控制裝置及方法。

背景技術(shù)

VIENNA整流器是一種三電平的拓撲，其最大的特點在于開關(guān)器件數(shù)量少，開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力低，輸入電流諧波畸變率低、功率密度大和可靠性高、以及無需設(shè)置驅(qū)動死區(qū)時間等，在中高壓大功率級電能變換場合廣泛應(yīng)用。但由于整流器工作于中高功率場合時，會產(chǎn)生較大的功率損耗，因此需要降低開關(guān)頻率來增大系統(tǒng)的輸出功率。但降低功率器件開關(guān)頻率的同時，會產(chǎn)生整流器控制系統(tǒng)耦合加劇的問題。針對控制系統(tǒng)耦合的問題，前饋解耦、反饋解耦、內(nèi)模解耦、偏差解耦、復(fù)矢量解耦等相關(guān)解耦電流控制技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，然而在低開關(guān)頻率下，受數(shù)字控制延時的影響，控制系統(tǒng)耦合加劇，這些解耦方法可以減小交叉耦合，但不能完全抵消。

針對低開關(guān)頻率下VIENNA整流器的解耦問題，目前很多學(xué)者的研究主要集中在平衡電網(wǎng)條件下，采用PI控制器對整流器進行解耦控制，然而平衡電網(wǎng)下的解耦控制在電網(wǎng)電壓不平衡時會失效，導(dǎo)致電流環(huán)解耦不完全，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種靜止坐標系下的復(fù)矢量電流環(huán)解耦控制裝置及方法，以在不平衡電網(wǎng)下實現(xiàn)系統(tǒng)的解耦，有效改善VIENNA整流器的動態(tài)調(diào)節(jié)性能。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種靜止坐標系下的復(fù)矢量電流環(huán)解耦控制裝置，包括VIENNA整流器、數(shù)字處理控制模塊和驅(qū)動電路，其中數(shù)字處理控制模塊包括采樣單元、電壓控制單元、參考電流計算單元、復(fù)矢量電流控制單元和正弦脈寬調(diào)制單元；

采樣單元分別采集VIENNA整流器直流側(cè)上、下電容電壓信號、VIENNA整流器交流側(cè)的三相電壓信號、VIENNA整流器交流側(cè)的三相電流信號；

電壓控制單元將直流側(cè)上、下電容電壓信號處理為有功功率參考信號；

參考電流計算單元將有功功率參考信號以及坐標變換后得到的電壓、電流信號處理為靜止坐標系下電流參考信號；

復(fù)矢量電流控制單元將電流參考信號進行處理得到調(diào)制波信號，送至正弦脈寬調(diào)制單元；

正弦脈寬調(diào)制單元的輸出端經(jīng)過驅(qū)動電路，接入三電平VIENNA整流器中每相橋臂的各個開關(guān)管。

優(yōu)選地，所述數(shù)字處理控制模塊為TMS320F28377D和EPM1270T芯片。

一種靜止坐標系下的復(fù)矢量電流環(huán)解耦控制方法，包括以下步驟：

步驟1、在每個開關(guān)周期內(nèi)，數(shù)字控制模塊的采樣單元分別采集交流側(cè)三相電壓e_a、e_b、 e_c，交流側(cè)三相電流i_a、i_b、i_c，直流側(cè)上電容電壓U_C1和直流側(cè)下電容電壓U_C2；

步驟2、根據(jù)步驟1中采集到的信號，靜止abc坐標系下的交流側(cè)電壓、交流側(cè)電流經(jīng) Clark變換變換到靜止αβ坐標系下，直流側(cè)電容電壓與電壓參考基準信號進行比較，通過比例積分調(diào)節(jié)得到誤差信號，并與電壓參考基準信號相乘，得到有功功率參考基準信號；