专利名称：三相并网变流器中脉宽调制死区的补偿方法
技术领域：
本发明涉及脉宽调制技术领域，具体讲是一种三相并网变流器中脉宽调制死区的补偿方法。
背景技术：
目前，绝大多数的三相并网变流器采用了三相六管的桥式结构，该三相并网变流器在工作时为了防止同一桥臂直通现象的出现，需要对同一桥臂上下开关管的脉宽调制信号(PWM)加入死区时间，即在一个开关周期内，开关切换过程中先将开关管关断，然后再导通与之互补的开关管。在这段时间内，一个桥臂的两个开关管都不导通，形成了死区时间。此段期间，由于电感电流的存在，开关器件必须保持一定的续流时间，因此会随着相电流方向的不同而造成输出相电压的畸变。
目前，在死区补偿方面主要存在两个技术难点1)死区补偿方向的确定；2)死区补偿时间的确定。对于死区补偿的方向，即需要确定相电流的方向。授权公告号为CN1229909C，名称为用于脉宽调制型变频技术死区的补偿方法的发明专利中，其根据采样相电流的方向来决定死区补偿的方向，而在功率电路中，由于开关管导通和关断过程中存在大量的EMI干扰，因此在相电流的过零点附近会有振荡，从而造成多个过零点的现象。而采用电流滤波则会引入相位滞后等因素，不利于死区补偿。因为相电流在过零点附近的振荡会直接导致错误的相电流方向判断，而错误的相电流方向判断会直接导致死区补偿的方向误判，所以相电流在过零点附近的振荡现象，使得授权公告号为CN 1229909C的发明专利提供的方法存在因为相电流在过零点附近的振荡而造成的误补偿现象，该误补偿现象使得误差电压更为扩大化，从而导致电流波形的进一步恶化，并会在相电流的过零点附近形成振荡。而授权公告号为CN 100388610C，名称为UPS逆变器及其脉宽调制死区补偿方法的发明专利中，对于死区采用固定的值进行补偿，在实际电路中由于开关管(如IGBT开关管)的非理想工作特性，使得死区对输出电压的影响会随着工作电流大小不同而有所变化，因此，采用固定时间的补偿方法往往会造成误补偿。不管是授权公告号为CN 1229909C的专利和授权公告号为CN 100388610C的专利，还是其他的现有技术，对于死区补偿时间的确定都未能作出准确的判断，没有对死区进行实时补偿。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够解决因电流在过零点附近的振荡而造成的误补偿现象、实现对死区的实时补偿、显著提高输出电流的波形质量的三相并网变流器中脉宽调制死区的补偿方法。
本发明的技术方案是，提供一种具有以下步骤的三相并网变流器中脉宽调制死区的补偿方法 步骤一、 首先通过整形电路将电网的任一一相电压的正弦波整形为与该正弦波同周期的方波，该方波的跳变沿与正弦波的过零点相一致，然后通过数字信号处理器对所述方波的周期和跳变沿进行采样，那么数字信号处理器将得到电网电压的周期Ts和过零点的时间点；在一个周期Ts内，数字信号处理器以某相的电压正向过零点的时间点作为周期Ts的起点，通过以下表达式计算得到一系列呈单调增长的θe
n＝
，Tc为三相并网变流器中开关管的开关周期； 步骤二、 由第一减法器用三相并网变流器的直流母线的预设电压参考量Ud*减去三相并网变流器的直流母线的电压反馈量Ud，得到电压误差量ΔUd；再由第一调节器对ΔUd进行PI处理，从而得到三相并网变流器输入三相电网的有功电流参考信号ip*；再由第二减法器用ip*减去有功电流反馈量ip，从而得到有功电流误差Δip；接着由第二调节器对Δip进行PI处理，从而得到有功电压控制量Up； 由第三减法器用三相并网变流器预设的无功电流参考量iq*减去无功电流反馈量iq，从而得到无功电流误差Δiq；接着由第二调节器对Δiq进行PI处理，从而得到无功电压控制量Uq； 最后通过空间矢量发生器将有功电压控制量Up和无功电压控制量Uq生成三相电压控制量ua、ub、uc， ua＝umsinθe+um3sin3θe ub＝umsin(θe-120°)+um3sin3θe uc＝umsin(θe+120°)+um3sin3θe； 与所述三相电压控制量ua、ub、uc相对应的相电流为 ia＝iRsin(θe+φ) ib＝iRsin(θe-120°+φ) ic＝iRsin(θe+120°+φ) 其中，um为三相电压控制量的基波分量的幅值，um3为三相电压控制量的三次谐波分量的幅值，φ为在三相并网变流器向电网输出无功能量时相电流超前相电压的角度，iR为相电流的电流幅值； 在一个周期Ts内，数字信号处理器以某相的电压正向过零点的时间点作为周期Ts的起点，以相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的时间点作为分界点将周期Ts划分为六个区间，即根据θe将周期Ts划分为六个区间，在每个区间内，相电流ia、ib、ic中必有一相的电流方向与其它两相的电流方向相反，那么数字信号处理器判断与其它两相的电流方向相反的这一相为死区补偿相，该死区补偿相的电流方向即为死区补偿的方向； 步骤三、 通过开关管的工作特性计算出开关管在死区时间内的实际导通时间ts来确定死区的实际补偿时间t′e，t′e＝te-ts，te为三相并网变流器的驱动电路所预设的死区时间； 所述t′e内的补偿电压量由以下表达式决定 步骤四、 在t′e内，所述数字信号处理器按照步骤二所确定的死区补偿相和死区补偿的方向以及步骤三所确定的Δu对死区补偿相进行补偿，定义三相并网变流器流向电网的方向为相电流的正方向，当死区补偿相的相电流的方向为正向时，死区补偿相的电压控制量加上Δu，当死区补偿相的相电流的方向为负向时，死区补偿相的电压控制量减去Δu。
步骤五、 在t′e内，所述数字信号处理器以死区补偿相的经补偿后的电压控制量、其它不需补偿的两相的电压控制量作为最终的三相电压控制量来控制三相并网变流器的开关管向电网输电。
采用上述步骤后，本发明与现有技术相比，具有以下优点因为本发明在判断死区补偿方向上，采用θe作为基准，由于θe具有单调性，所以不存在因电流在过零点附近的振荡而造成的误补偿现象；因为本发明通过开关管的工作特性计算出开关管在死区时间内的实际导通时间ts来确定死区的实际补偿时间t′e，所以本发明能够实现对死区的实时补偿；基于上述两点优点，本发明能够显著提高三相并网变流器输出给电网的电流的波形质量。
作为改进，在相邻区间的分界点附近设置有过渡补偿电压量Δu′，即在区间内设置有过渡补偿电压量Δu′，其中θo为相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的θe′此时Δu为Δu′，Δu′由以下表达式确定 其中，
to为当时的死区实际补偿时间；所述β′为8°；因为不同区间切换过程中，死区补偿相将变换，这样会造成三相并网变流器输出给电网的电流的波形在切换点处出现跳变，即在相邻区间的分界点处出现跳变，本发明在相邻区间的分界点附近设置有过渡补偿电压量Δu′，使补偿电压量Δu平滑变化，从而克服了上述跳变现象，更有利于提高三相并网变流器输出给电网的电流的波形质量。
具体实施例方式 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明由以下步骤实现 步骤一、 首先通过整形电路将电网的任一一相电压的正弦波整形为与该正弦波同周期的方波，该方波的跳变沿与正弦波的过零点相一致，然后通过数字信号处理器对所述方波的周期和跳变沿进行采样，那么数字信号处理器将得到电网电压的周期Ts和过零点的时间点；在一个周期Ts内，数字信号处理器以某相的电压正向过零点的时间点作为周期Ts的起点，通过以下表达式计算得到一系列呈单调增长的θe
n＝
，Tc为三相并网变流器中开关管的开关周期； 这一步是获取电网的周期Ts和过零点的时间点，并对电网的周期Ts划n等份，每等份的长度为Tc，并通过上述表达式得到一系列呈单调增长的θe。
步骤二、 由第一减法器用三相并网变流器的直流母线的预设电压参考量Ud*减去三相并网变流器的直流母线的电压反馈量Ud，得到电压误差量ΔUd；再由第一调节器对ΔUd进行PI处理，从而得到三相并网变流器输入三相电网的有功电流参考信号ip*；再由第二减法器用ip*减去有功电流反馈量ip，从而得到有功电流误差Δip；接着由第二调节器对Δip进行PI处理，从而得到有功电压控制量Up； 由第三减法器用三相并网变流器预设的无功电流参考量iq*减去无功电流反馈量iq，从而得到无功电流误差Δiq；接着由第二调节器对Δiq进行PI处理，从而得到无功电压控制量Uq； 所述有功电流反馈量ip和无功电流反馈量iq是采样三相并网变流器输入电网的三相电流并经坐标变换获得。获取有功电流反馈量ip和无功电流反馈量iq为现有技术。
所述无功电流参考量iq*由表达式计算，其中w为电网角频率，c为三相并网变流器中的滤波电容的电容值，ur为电网的相电压的有效值。
最后通过空间矢量发生器将有功电压控制量Up和无功电压控制量Uq生成三相电压控制量ua、ub、uc， ua＝umsinθe+um3sin3θe ub＝umsin(θe-120°)+um3sin 3θe uc＝umsin(θe+120°)+um3sin 3θe； 与所述三相电压控制量ua、ub、uc相对应的相电流为 ia＝iRsin(θe+φ) ib＝iRsin(θe-120°+φ) ic＝iRsin(θe+120°+φ) 其中，um为三相电压控制量的基波分量的幅值，um3为三相电压控制量的三次谐波分量的幅值，所述um和um3由空间矢量发生器确定，φ为在三相并网变流器向电网输出无功能量时相电流超前相电压的角度，iR为相电流的电流幅值； 在一个电网周期Ts内，数字信号处理器以某相的电压正向过零点的时间点作为电网周期Ts的起点，以相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的时间点作为分界点将电网周期Ts划分为六个区间，即根据θe将电网周期Ts划分为六个区间，在每个区间内，相电流ia、ib、ic中必有一相的电流方向与其它两相的电流方向相反，那么数字信号处理器判断与其它两相的电流方向相反的这一相为死区补偿相，该死区补偿相的电流方向即为死区补偿的方向； 这一步是确定初始三相电压控制量以及将电网周期Ts划分为六个区间，通过不同的区间来判断死区补偿相以及死区补偿的方向。比如 在一个电网周期Ts内，数字信号处理器以a相的电压正向过零点的时间点作为电网周期Ts的起点，以相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的时间点作为分界点将电网周期Ts划分为六个区间，即根据θe将电网周期Ts划分为六个区间 上表中，a表示a相，b表示b相，c表示c相，-表示死区补偿的方向为负向，此时，死区补偿相的电压控制量应该减去补偿电压量Δu，而+表示死区补偿的方向为正向，此时，死区补偿相的电压控制量应该加上补偿电压量Δu。
当以b或c相的电压正向过零点的时间点作为电网周期Ts的起点时，都可以以上述步骤二炮制。
步骤三、 通过开关管的工作特性计算出开关管在死区时间内的实际导通时间ts来确定死区的实际补偿时间t′e，t′e＝te-is，te为三相并网变流器的驱动电路所预设的死区时间，根据现场调试三相并网变流器来确定，初始设置为4微秒； 所述t′e内的补偿电压量由以下表达式决定 以IGBT开关管为例，ts＝td+toff-ton，其中，ton为IGBT开关管的开通延时时间，toff为IGBT开关管的关断延时时间，所述ton和toff通过查阅IGBT开关管的技术参数获得，td为IGBT开关管的拖尾电流时间，td＝kd×i*，kd为比例系数，可以查阅IGBT开关管的技术参数获得，i*由以下表达式确定
当死区补偿相为a相时，i*为ia*；当死区补偿相为b相时，i*为ib*；当死区补偿相为c相时，i*为ic*。
步骤四、 在t′e内，所述数字信号处理器按照步骤二所确定的死区补偿相和死区补偿的方向以及步骤三所确定的Δu对死区补偿相进行补偿，定义三相并网变流器流向电网的方向为相电流的正方向，当死区补偿相的相电流的方向为正向时，死区补偿相的电压控制量加上Δu，当死区补偿相的相电流的方向为负向时，死区补偿相的电压控制量减去Δu。
步骤五、 在t′e内，所述数字信号处理器以死区补偿相的经补偿后的电压控制量、其它不需补偿的两相的电压控制量作为最终的三相电压控制量来控制三相并网变流器向电网输电；所述数字信号处理器以三相电压控制量来控制三相并网变流器向电网输电为现有技术。
在相邻区间的分界点附近设置有过渡补偿电压量Δu′，即在区间内设置有过渡补偿电压量Δu′，其中θo为相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的θe，此时Δu为Δu′，Δu′由以下表达式确定 其中，β＝
，to为当时的死区实际补偿时间；所述β′为8°。
权利要求
1、一种三相并网变流器中脉宽调制死区的补偿方法，其特征在于，它由以下步骤实现
步骤一、
首先通过整形电路将电网的任一一相电压的正弦波整形为与该正弦波同周期的方波，该方波的跳变沿与正弦波的过零点相一致，然后通过数字信号处理器对所述方波的周期和跳变沿进行采样，那么数字信号处理器将得到电网电压的周期Ts和过零点的时间点；在一个周期Ts内，数字信号处理器以某相的电压正向过零点的时间点作为周期Ts的起点，通过以下表达式计算得到一系列呈单调增长的θe
Tc为三相并网变流器中开关管的开关周期；
步骤二、
由第一减法器用三相并网变流器的直流母线的预设电压参考量Ud*减去三相并网变流器的直流母线的电压反馈量Ud，得到电压误差量ΔUd；再由第一调节器对ΔUd进行PI处理，从而得到三相并网变流器输入三相电网的有功电流参考信号ip*；再由第二减法器用ip*减去有功电流反馈量ip，从而得到有功电流误差Δip；接着由第二调节器对Δip进行PI处理，从而得到有功电压控制量Up；
由第三减法器用三相并网变流器预设的无功电流参考量iq*减去无功电流反馈量iq，从而得到无功电流误差Δiq；接着由第二调节器对Δiq进行PI处理，从而得到无功电压控制量Uq；
最后通过空间矢量发生器将有功电压控制量Up和无功电压控制量Uq生成三相电压控制量ua、ub、uc，
ua＝umsinθe+um3sin3θe
ub＝umsin(θe-120°)+um3sin3θe
uc＝umsin(θe+120°)+um3sin3θe；
与所述三相电压控制量ua、ub、uc相对应的相电流为
ia＝iR sin(θe+φ)
ib＝iR sin(θe-120°+φ)
ic＝iR sin(θe+120°+φ)
其中，um为三相电压控制量的基波分量的幅值，um3为三相电压控制量的三次谐波分量的幅值，φ为在三相并网变流器向电网输出无功能量时相电流超前相电压的角度，iR为相电流的电流幅值；
在一个周期Ts内，数字信号处理器以某相的电压正向过零点的时间点作为周期Ts的起点，以相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的时间点作为分界点将周期Ts划分为六个区间，即根据θe将周期Ts划分为六个区间，在每个区间内，相电流ia、ib、ic中必有一相的电流方向与其它两相的电流方向相反，那么数字信号处理器判断与其它两相的电流方向相反的这一相为死区补偿相，该死区补偿相的电流方向即为死区补偿的方向；
步骤三、
通过开关管的工作特性计算出开关管在死区时间内的实际导通时间ts来确定死区的实际补偿时间t′e，t′e＝te-ts，te为三相并网变流器的驱动电路所预设的死区时间；
所述t′e内的补偿电压量由以下表达式决定
步骤四、
在t′e内，所述数字信号处理器按照步骤二所确定的死区补偿相和死区补偿的方向以及步骤三所确定的Δu对死区补偿相进行补偿，定义三相并网变流器流向电网的方向为相电流的正方向，当死区补偿相的相电流的方向为正向时，死区补偿相的电压控制量加上Δu，当死区补偿相的相电流的方向为负向时，死区补偿相的电压控制量减去Δu。
步骤五、
在t′e内，所述数字信号处理器以死区补偿相的经补偿后的电压控制量、其它不需补偿的两相的电压控制量作为最终的三相电压控制量来控制三相并网变流器的开关管向电网输电。
2、根据权利要求1所述的三相并网逆变器的死区补偿方法，其特征在于在相邻区间的分界点附近设置有过渡补偿电压量Δu′，即在区间内设置有过渡补偿电压量Δu′，其中θo为相电流ia、ib、ic中任一一相为零时的θe，此时Δu为Δu′，Δu′由以下表达式确定
其中，β＝
，to为当时的死区实际补偿时间；所述β′为8°。
全文摘要
本发明公开了一种三相并网变流器中脉宽调制死区的补偿方法，它的优点是能够解决因电流在过零点附近的振荡而造成的误补偿现象、实现对死区的实时补偿、显著提高输出电流的波形质量；它是通过由本发明定义的θe来判断死区补偿相及死区补偿的方向，并通过由本发明定义的te’来确定补偿电压量，然后结合死区补偿相及死区补偿的方向以及补偿电压量来确定最终的三相电压控制量，并由数字信号处理器根据所述三相电压控制量来控制三相并网变流器向电网输电。
文档编号H02J3/38GK101552567SQ200810163549
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者胡庆波 申请人:宁波欣达(集团)有限公司