专利名称：单电阻电流采样的pwm整流型能量回馈装置的控制方法
技术领域：
本发明属于能量回馈装置领域，具体地说是一种基于PWM整流型的能量回馈装置的控制方法。
背景技术：
近几年，交流伺服电机在工业自动化领域中广泛应用，交流伺服电机的控制需要使用交流伺服驱动器。在通用交流伺服驱动器中，一般采用交流一直流一交流的结构，即交流输入电压经过二极管不控整流装置转化成直流，然后通过逆变器把直流转换成交流驱动交流伺服电机，见图I。二极管不控整流装置有两个缺点一是会引起电网电压和电流的畸变，造成严重的谐波污染；而是能量只能单向流动，交流伺服电机的频繁制动产生大量的再 生电能，电能不能回馈到电网，只能通过电阻来转化成热能消耗掉，造成能源利用效率低。为了减小对电网的谐波电流污染和提高能量的利用效率，PWM整流器广泛应用在交流转换成直流环节。采用PWM可控整流电源技术的能量回馈装置，主要有三个优点一是网侧电流正弦化，可单位功率因素运行，减小谐波电流污染；而是能量可以双向流动，交流伺服电机频繁制动产生的再生能量可以回馈到电网上，提高能量的利用效率。PWM整流型能量回馈装置已经应用于对能量再生有要求的工业应用场合。例如中国专利文献200810144730. 3提到一种PWM整流型能量回馈装置，见图2，可以运用在新能源并网发电领域。中国专利文献201110327903. 7提到一种改进滤波方式的PWM整流型能量回馈装置。但是这类PWM整流型能量回馈装置，一般需要使用三个电流霍尔传感器采样三相的电流，具有结构复杂、成本高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单电阻电流采样的PWM型能量回馈装置的控制方法，采用单电阻检测直流母线的瞬时电流，根据直流母线电流和相电流的关系，重构PWM整流控制所需的三相电流，实现电流输入输出的动态调节。实现本发明的目的所采用的具体技术方案为一种基于单电阻电流采样的PWM整流型能量回馈装置的控制方法，通过在直流母线上设置单个电阻，从而实现电流输入输出的动态调节，该方法包括如下步骤(I)采样直流母线上所述单个电阻的电压，根据该电压和电阻获得直流母线上的电流；(2)根据直流母线电流、电压矢量当前扇区和相电流的关系，重构三相电流；(3)采样与所述能量回馈装置相连的电网的三相电压信号，获得电网电压的相位；(4)利用所述相电流和电网电压的相位，对所述三相电流进行坐标变换解耦，获得电流有功分量和电流无功分量；(5)采样直流母线的实际电压，把直流母线的该实际电压和指令电压之间的误差进行PID调节计算，并将计算结果作为电流有功分量的指令；(6)对所述电流有功分量的指令与步骤(4)中所述的电流有功分量之间的误差进行PID调节计算，并对计算结果进行坐标变换，得到变换后的电压指令；根据该变换后的电压指令利用空间矢量脉冲宽度调制生成PWM脉冲，即可实现动态调节电流的输入输出。所述步骤(3)中，通过DQ锁相获得电网电压的相位。所述步骤(6)中，所述的坐标变换为iPark坐标变换。
所述步骤(2 )中，如果处于电压矢量SVPWM波扇区的更迭区或者低调制区，不能在一个PWM周期内采样到直流母线电流，采用PWM移相的方法，保证足够的采样时间，采样到直流母线电流后，根据直流母线电流、电压矢量当前扇区和相电流的关系，重构三相电流。本发明包括能量回馈系统主电路、能量回馈系统控制电路和三相滤波电感。能量回馈系统主电路采用单电阻电流采用的方法，能量回馈系统控制电路采用ARM控制实现，包括电压电流采样和调理、电流重构算法、自适应数字PID。本发明基于单电阻电流采样的能量回馈装置及控制方法具有结构简单、低成本、可靠性高的特点。同时，提出在扇区更迭区和低调制区可以实现全区域电流采样的方法。本发明基于直流母线上设置的单个电阻进行电流采样，这种PWM型能量回馈方法简化了采样电路，使系统结构简单，降低成本，根据单电阻采样电路所提出的采样算法，保证系统电流采样的准确性和稳定性。该方法可以推广到变频器、交流伺服驱动器上。
下面将结合附图及实施例对本发明做进一步说明，附图中图I是现有技术中通用二极管不控整流装置的主电路拓扑结构示意图。Dl、D2、D3、D4、D5、D6是主电路上的二极管。图2是现有技术中PWM型能量回馈装置的主电路拓扑结构示意图。S1、S2、S3、S4、S5、S6是主电路上的IGBT，H1、H2、H3是三相电流采样，一般是霍尔传感器。图3是本发明实施例的基于单电阻电流采样的PWM型能量回馈装置的主电路拓扑结构示意图。S1、S2、S3、S4、S5、S6是主电路上的IGBT，Hl是直流母线电流采样电阻，一般是霍尔传感器。图4是本发明实施例的基于单电阻电流采样的PWM型能量回馈装置的系统结构示意图。图5是本发明实施例表示当前扇区无电流流经分流电阻的示意图。图6是本发明实施例表示当前扇区电流Ia流经分流电阻的示意图。图7是本发明实施例表示当前扇区电流-Ib流经分流电阻。图8是本发明实施例的表示当前系统处于更迭区或低调制区，tl和t2太小，不能在一个PWM周期内采样到直流母线电流。图9是表本发明实施例的示当前系统处于更迭区或低调制区，采用PWM移相的方法，时tl和t2足够大，保证足够的采样时间，采用到直流母线电流后，根据直流母线电流和相电流的关系，重构三相电流。图10是用DQ锁相的方法获得电影电压相位的原理。
图11是使用电流重构算法和电流重构控制的移相SVPWM算法的控制算法。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。下述实施例仅是说明性的，并不够成是对本发明的限定。本实施例的一种基于单电阻电流采样的能量回馈方法，通过在直流母线上设置单个电阻，从而实现电流输入输出的动态调节。该方法首先在直流母线上设置单一的电阻，本方法的具体步骤包括步骤一、采样直流母线上电阻的电压，通过电压计算出直流母线上的电流。计算公
式为/ 二&，其中，R是直流母线上的电阻，I是流过电阻上的电流，U是直流母线上上该电阻两端的电压。步骤二、利用直流母线电流、电压矢量扇区和相电流的关系，重构三相电流能量回馈装置在不同的电压矢量扇区，直流母线的电流对应着特定的相电流。图5、图6、图7表示在能量回馈装置处于某个扇区的时候，根据基尔霍夫电流定律，可以通过直流母线电流计算某一相的电流。所以，根据不同时刻，能量回馈装置所处的不同电压矢量扇区和对应的直流母线的电流，能重构三相电流，重构三相电流的表如表I所示具体有三种情况一是当前扇区，无电流流经分流电阻，见图5 ;二是当前扇区，电流Ia流经分流电阻，见图6。三是当前扇区，电流-Ib流经分流电阻，见图7。根据直流母线电流、电压矢量当前扇区和相电流的关系，重构三相电流，见表I。表I直流母线电流和相电流对应关系
权利要求
1.一种基于单电阻电流采样的PWM整流型能量回馈装置的控制方法，其通过在直流母线上设置单个电阻，从而实现电流输入输出的动态调节，该方法包括如下步骤 (1)采样直流母线上所述单个电阻的电压，根据该电压和电阻获得直流母线上的电流； (2)根据直流母线电流、电压矢量当前扇区和相电流的关系，重构三相电流； (3)采样与所述能量回馈装置相连的电网的三相电压信号，获得电网电压的相位； (4)利用所述相电流和电网电压的相位，对所述三相电流进行坐标变换解耦，获得电流有功分量和电流无功分量； (5)采样直流母线的实际电压，把直流母线的该实际电压和指令电压之间的误差进行 PID调节计算，并将计算结果作为电流有功分量的指令； (6)对所述电流有功分量的指令与步骤(4)中所述的电流有功分量之间的误差进行PID调节计算，并对计算结果进行坐标变换，得到变换后的电压指令； 根据该变换后的电压指令利用空间矢量脉冲宽度调制生成PWM脉冲，即可实现动态调节电流的输入输出。
2.根据权利要求I所述的一种基于单电阻电流采样的PWM整流型能量回馈装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过DQ锁相获得电网电压的相位。
3.根据权利要求I和2所述的一种基于单电阻电流采样的PWM整流型能量回馈装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述的坐标变换为iPark坐标变换。
全文摘要
本发明公开了一种基于单电阻电流采样的能量回馈方法，包括(1)获得直流母线上的电流；(2)根据直流母线电流、电压矢量当前扇区和相电流的关系，重构三相电流；(3)获得三相电网电压的相位；(4)对三相电流进行坐标变换解耦，获得电流有功分量和电流无功分量；(5)采样直流母线的实际电压，将其和指令电压之间的误差进行PID调节计算，并将结果作为电流有功分量的指令；(6)对电流有功分量的指令与电流有功分量之间的误差进行PID调节计算，并对结果进行坐标变换，根据该变换后的电压指令生成PWM脉冲，即可实现动态调节电流的输入输出。本发明的方法简化了采样电路，使系统结构简单，降低成本，保证系统电流采样的准确性和稳定性。
文档编号H02J3/38GK102969931SQ201210460489
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者马泽龙, 陈天航, 黄智聪, 宋宝, 唐小琦, 夏亮, 戴攀, 魏树生 申请人:苏州天辰马智能设备有限公司