专利名称：电网故障下电压型pwm整流器输出功率谐振控制方法
技术领域：
本发明涉及电压型PWM整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别涉及一种不对称电网故障下电压型PWM整流器输出功率谐振控制方法。
背景技术：
三相电压型脉宽调制整流器广泛应用于整流、有源滤波、交流调速和新能源并网发电等领域。在电网运行过程中，单相负荷在三相系统中的不均衡分配、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的随机性等因素，会造成电网不对称故障，引起电网电压三相不对称。此时，针对三相电网平衡条件设计的常规PWM整流器控制策略将不能实现单位功率因数，正弦输入电流，恒定直流母线电压等控制特性。 针对不对称电网故障情况，传统的PWM整流器控制方法是采用对称分量理论对系统进行正、负序分解，并建立两个分别实施在正、反转同步旋转坐标系中的电流控制器对正、负序电流进行控制。有学者提出由电网输入功率求取正、负序电流参考值的方法，此方法可以获得较为稳定的输入功率，但由于没有考虑整流器进线电抗的影响，整流器输出功率和直流母线电压将会出现二倍频波动。有学者提出由功率桥输入侧功率求取正、负序电流参考值的方法，通过控制实现功率桥输入侧的功率恒定，获得较为平稳的直流母线电压。以上方法中，控制器均需要实施在同步旋转坐标系，并需要对正、负序分量进行分解。为了减少坐标变换，近年来，一种能够对交流信号进行无静差调节的谐振控制器被应用于不对称电网故障条件下的PWM整流器控制。有学者根据计算得到的正、负序电流给定值，在两相静止坐标系中采用比例-谐振控制器对正、负序电流统一进行调节，此方法虽然避免了电流内环中的正、负序计算，但是为了计算正、负序电流给定值，必须对系统中各分量进行正、负序分解，增加了控制方案的运算量。因此，有必要设计一种不对称电网故障下PWM整流器的控制方法，使得控制系统运行时，不需要正、负序分解又可以对PWM整流器的输出功率脉动进行直接补偿，保持恒定的直流母线电压，有效提高不对称电网故障条件下整流器的输出品质。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种不对称电网故障下电压型PWM整流器输出功率谐振控制方法，该方法不需要正、负序分解计算，且能够对PWM整流器的输出功率脉动进行直接补偿，保证系统的输出品质。本发明的技术方案为一种不对称电网故障下电压型PWM整流器输出功率谐振控制方法，其特征在于包括以下步骤(I)、检测三相电网电压，三相电网电流和直流侧电压，并通过锁相环计算电网电压旋转角速度和位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相电网电流经3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和电网电流；(3)、将得到的两相静止坐标系下的电网电压和电网电流以电网电压位置角进行Park变换，得到同步旋转坐标下d、q轴电网电压和电网电流；(4)、根据上一时刻两相旋转坐标下的输出电压和电网电流计算系统输出的有功功率和无功功率；(5)、将系统输出有功功率、无功功率二倍频脉动给定值分别与步骤(4)得到的系统有功功率和无功功率实际值做差，再分别经过比例谐振控制器(I)、比例谐振控制器(2)并经过补偿电压计算分别得到输出有功功率和无功功率二倍频补偿项；￠)、将直流侧电压给定值与步骤(I)得到的直流侧电压实际值的差经过PI控制器(I)后，计算得到旋转坐标系下d轴电流的给定值；(7)、将步骤￠)中计算得到的旋转坐标系下d轴电流的给定值与步骤(3)所计算得到的旋转坐标系下的d轴电流相减，然后经过PI控制器(2)，将PI控制器(2)的输出电压通过前馈补偿解耦计算得到旋转坐标系下d轴电压的参考值，设q轴电流给定值为O，其与步骤(3)所计算得到的q轴电流相减，然后经过PI控制器(3)，将PI控制器的输出电压通过前馈补偿解耦计算得到旋转坐标系下q轴电压的参考值；(8)、将旋转坐标系下d、q轴电压参考值分别与步骤(5)得到的二倍频补偿项相加，以电网电压位置度为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电压，该电压信号经过空间矢量脉宽调制后，产生控制功率器件的开关信号。
本发明步骤(5)中所述带比例谐振控制器控制器的角速度设置为二倍电网电压同步旋转角速度2，其频域表达式为
权利要求
1.一种不对称电网故障下电压型PWM整流器输出功率谐振控制方法，其特征在于包括以下步骤(I)、检测三相电网电压，三相电网电流和直流侧电压，并通过锁相环计算电网电压旋转角速度和位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相电网电流经3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和电网电流；(3)、将得到的两相静止坐标系下的电网电压和电网电流以电网电压位置角进行Park变换，得到同步旋转坐标下d、q轴电网电压和电网电流；(4)、根据上一时刻两相旋转坐标下的输出电压和电网电流计算系统输出的有功功率和无功功率；(5)、将系统输出有功功率、无功功率二倍频脉动给定值分别与步骤(4)得到的系统有功功率和无功功率实际值做差，再分别经过比例谐振控制器(I)、比例谐振控制器(2)并经过补偿电压计算分别得到输出有功功率和无功功率二倍频补偿项，其中比例谐振控制器的角速度设置为二倍电网电压同步旋转角速度；(6)、将直流侧电压给定值与步骤(I)得到的直流侧电压实际值的差经过PI控制器(I)后，计算得到旋转坐标系下d轴电流的给定值；(7)、将步骤￠)中计算得到的旋转坐标系下d轴电流的给定值与步骤(3)所计算得到的旋转坐标系下的d轴电流相减，然后经过PI控制器(2)，将PI控制器的输出电压通过前馈补偿解耦计算得到旋转坐标系下d轴电压的参考值，设q轴电流给定值为O，其与步骤(3)所计算得到的q轴电流相减，然后经过PI控制器(3)，将PI控制器(3)的输出电压通过前馈补偿解耦计算得到旋转坐标系下q轴电压的参考值；(8)、将旋转坐标系下d、q轴电压参考值分别与步骤(5)得到的二倍频补偿项相加，以电网电压位置度为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电压，该电压信号经过空间矢量脉宽调制后，产生控制功率器件的开关信号。
全文摘要
本发明公开了一种不对称电网故障下电压型PWM整流器输出功率谐振控制方法。本发明的技术方案要点为一种不对称电网故障下电压型PWM整流器输出功率谐振控制方法，将输出有功功率、无功功率的二倍频分量参考值与计算得到的输出有功功率、无功功率实际值作差，经过比例谐振控制器得到二倍频补偿电压，并补偿到传统矢量控制的输出电压中，最终得到两相静止坐标系下的参考电压,该电压信号经过空间矢量脉宽调制后，产生控制功率器件的开关信号。本发明在电网不对称故障条件下，不需要对系统中的正、负序分量进行计算和分解，能够对电压型PWM整流器的输出功率脉动进行直接补偿，实现直流母线电压的稳定控制，保证了系统的输出品质，算法简单，容易实现。
文档编号H02J3/24GK102931671SQ20121041586
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者施艳艳, 王萌 申请人:河南师范大学