一种三电平pwm整流器的变开关组合直接功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，首先对当前时刻以及下一时刻的瞬时有功和瞬时无功进行计算，然后将其与参考有功和参考无功进行比较，得到两组开关表选择信号，利用这两组信号并结合在α-β坐标系下的电压参考矢量所在的扇区号查找三电平PWM整流器直接功率控制开关表，选定两个三相开关组合。接着以下一个周期的功率脉动最小为控制目标，计算得到一个时间分配因子，在一个周期内对选定的两个三相开关组合的输出时间进行分配。本发明的方法能够避免功率调节过程中的超调现象，有效地改善了三电平PWM整流器直接功率控制系统的稳态性能。
【专利说明】—种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及PWM整流器控制领域，特别是一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法。
【背景技术】
[0002]PWM整流器是实现变频器四象限运行的前提，具有电流正弦、功率因素可控和直流母线电压精确调节等特点。相比于两电平PWM整流器，三电平PWM整流器在降低开关器件工作频率和减小开关器件应力的同时，大大改善了输出电压波形，减少了输出电压波形畸变，使能量流动更加顺畅，并具有很好的电流谐波特性。
[0003]直接功率控制(Direct Power Control，直接功率控制)作为一种最直接最有效的PWM整流器控制方法而广受关注。相比其它控制手段，直接功率控制根据开关表直接选择一个三相开关组合输出对有功和无功进行调节，具有极快的响应速度。但是当采样频率和开关频率相对较低时，在一个周期内通过开关表选择固定单一的开关组合输出，很可能在下一个采样周期或开关周期到来之前功率控制出现较大的超调。因此直接功率控制想要达到理想的效果，必须依赖较高的采样频率和开关频率，频率低易导致PWM整流输出存在较大的稳波，尤其对于高压大容量PWM整流器，由于开关频率低，使用直接功率控制效果会大打折扣。
[0004]文献[I](张颖超，赵争鸣，袁立强，鲁挺，张永昌.三电平PWM整流器直接功率控制[J].电工技术学报，2008，23 (5):63-68)提出了一种针对三电PWM整流器控制的直接功率控制方法，并提供了一个优化的三电平开关表。该方法在一个周期内通过开关表选择固定单一的开关组合输出，当采样频率和开关频率相对较低时，很可能在下一个采样周期或开关周期到来之前功率控制出现较大的超调。因此直接功率控制想要达到理想的效果，必须依赖较高的采样频率和开关频率，频率低易导致PWM整流输出存在较大的稳波，尤其对于高压大容量PWM整流器，由于开关频率低，使用直接功率控制效果会大打折扣。
[0005]文献[2] (Malinowski M, Jasinski M, Kazmierkowski M P.Simple direct powercontrol of three-phase PWM rectifier using space-vector modulation(DPC-SVM)[J].Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 2004, 51(2):447-454)提出了一种基于空间矢量调制的PWM整流器直接功率控制方法(DPC-SVM方法)，它将功率脉动与电压矢量联系起来，通过一个虚拟磁通估计器获得参考电压矢量，再用SVPWM进行输出，从而实现对瞬时功率的控制。但该方法功率控制不是通过查找开关表直接选择三相开关组合输出来实现，而是基于伏秒平衡原理的空间矢量调制输出，而不是根据瞬时功率变化情况直接查找开关表来选择相应的三相开关组合输出对有功和无功进行调节，控制上不够直接，因而动态响应没有传统的直接功率控制好。
[0006]文献[3](张永昌，谢伟，李正熙.PWM整流器功率脉动最小化方法的研究[J].中国电机工程学报，2013，33 (18):57-64)提出了在正常输出矢量中插入零矢量的直接功率控制方法，在一个开关周期的部分时间内通过查找开关表输出一个非零矢量三相开关组合，而另一部分时间内则选择零矢量三相开关组合(000或111)进行输出，以降低传统的直接功率控制方法输出超调所引起功率脉动。这种方法将功率脉动优化问题转化为零矢量三相开关组合(000或111)与非零矢量三相开关组合作用时间的优化问题，输出三相开关组合与功率脉动关系的数学模型容易建立。但是该方法采用零矢量三相开关组合(000或111)输出来避免超调，无法应用于三电PWM整流器，因为如表1所示三电平PWM整流器没有零矢量开关组合(对应于三电平的零矢量三相开关组合为:000或111或222)参与调制。
[0007]文献[4](孙丹，方扬，邓伦杰.一种双馈感应发电机优化预测直接功率控制方法.专利申请号:201310373086.8， 申请日期::2013-08-25)中的附图1中的模块14开关表不是通过瞬时有功和瞬时无功跟参考有功和参考无功比较后得到一组开关表选择信号来查表选择矢量输出，而是通过电压参考矢量进行扇区选择，进而确定最近三矢量进行调制输出，本质上也是属于DPC-SVM方法，虽然没有基于伏秒平衡理论进行调制，但不是根据瞬时功率变化情况直接查找开关表来选择相应的三相开关组合输出对有功和无功进行调节，控制上仍不够直接，因而动态响应没有传统的直接功率控制好。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，避免功率调节过程中的超调现象，改善三电平PWM整流器直接功率控制系统的稳态性能。
[0009]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，包括以下步骤:
[0010]I)根据三相电网电压信号(ua，ub，u。)和两相电流信号(ia，ib)计算当前时刻的瞬时有功功率P和瞬时无功功 率q:
【权利要求】
1.一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤:1)根据三相电网电压信号(Ua，ub，u。)和两相电流信号(ia，ib)计算当前时刻的瞬时有功功率P和瞬时无功功率q:
2.根据权利要求1所述的三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤5)中，时间分配因子ξ的计算过程如下: 设三电平PWM整流器的开关周期为ts，则三相开关组合A和B的输出时间分别为ξ ts和(1_ I)ts ； 当三相开关组合A先输出时，三电平PWM整流器的功率脉动函数?.ΑΒ(ξ)为:
【文档编号】H02M7/12GK103929073SQ201410174579
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】谭冠政, 范必双, 李丹云, 谭冠军, 刘振焘 申请人:中南大学