一种PWM整流器恒频直接功率控制方法与流程

本发明涉及一种三相PWM整流装置，尤其涉及一种电压不平衡情况下PWM整流器恒频直接功率控制方法。

背景技术：

三相电压型脉宽调制（PWM）整流器具有电网电流正弦、直流母线电压恒定、功率双向流动、功率因数可调等优点，在新能源并网发电、交流调速系统、能量回馈系统、无功功率补偿等许多领域获得了广泛的应用。因此，成为电力电子领域的研究热点。平衡条件下三相PWM整流器的控制策略，其最为广泛实用的控制方式是正序同步旋转坐标系下采用的电压电流双闭环控制方式，调节器均采用PI。在电压平衡下，该控制策略具有良好的动态及稳态性能。然而，实际情况中由于电网故障及三相负载不平衡，会导致电压不平衡。在这种情况下，常规控制策略会使三相PWM整流器呈现出不正常的运行状态。

电压不平衡条件下，基于平衡时所设计的三相PWM整流器控制会使电网电流波形畸变，直流母线电压中包含2倍频波动，严重影响整流器性能。常规控制策略会使三相PWM整流器直流母线电压中产生2，4 等偶次谐波，电网电流中存在3，5等奇次谐波。大量低次谐波会污染电网，影响其它用电设备的正常运行，也会导致变压器和交流侧电感损耗增加，严重时会导致PWM整流器故障，甚至损坏装置。

技术实现要素：

为了克服电压不平衡条件下，电网电压和电流波形畸变的问题，本发明提出一种PWM整流器恒频直接功率控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先分离出电网电压和电流正、负序分量；然后在正、负序双旋转坐标系下计算瞬时功率与参考值之间的误差，根据误差生成整流器正、负序参考电压；合成后采用空间矢量调制(space vector modulation，SVM)算法产生整流器电压，对功率进行补偿。

PWM整流器恒频直接功率控制方法包括主电路、信号处理、参数计算、SVM调制四个部分。

所述主电路由六个IGBT组成桥式整流电路，即PWM整流器，其输入端为三相交流电压，输出端为直流电压。

所述信号处理由电压变换、锁相、电流变化和直流电压采集四个部分组成，通过锁相得到交流电压相位，根据相位，进行电压及电流变换得到参数计算的变量。

所述数据计算包括瞬时功率计算、瞬时功率误差计算、整流器参考电压计算、电压旋转坐标反变换和电压限幅五个部分。

所述SVM调制是根据参数计算得到的电压参数，采用空间矢量调制算法生成PWM整流器开关信号，对整流器进行控制。

本发明的有益效果是：针对电网电压不平衡情况，加入了对负序电压处理的算法。具有开关频率固定、系统采样频率较低的优点，能有效地稳定了系统输出的有功功率，使三相有功功率分配更为平均，在保证系统动态性能的同时，可有效抑制交流侧电流谐波并减小系统无功功率直流分量，改善系统稳态性能。

附图说明

图1为电压型PWM整流器主电路拓扑结构。

图2为控制原理框图。

具体实施方案

下面结合附图说明，对本发明的PWM整流器恒频直接功率控制方法作进一步详细说明。

请参阅图1、2，主电路由电源E_a、E_b和E_c三相电压源组成，正极端与L和R组成的阻抗连接，再连接三相桥式IGBT组成的PWM整流器，整流器输出端连接稳压电容和负载。

PWM整流器恒频直接功率控制方法首先进行信号采集。一方面采集交流侧电压值，将采集到的电压通过PLL锁相计算出电压相位，将该相位以及三相电压信号同时传递至电压变换单元，计算出直轴电压和交轴电压。另一方面采集交流侧三相电流信号，将该信号和电压相位传递至电流变换单元，得到直轴电流和交轴电流。除此之外，采集直流侧电压信号，与PI控制器连接。将电压变换、电流变换以及PI控制器调节得到的信号，即E_dq^p、E_dqⁿ、I_dq^p、I_dqⁿ和P₀^*送至数据计算模块。

数据计算模块将信号处理模块得到直轴电压电流和交轴电压电流信号送至瞬时功率计算模块，得到P₀Q₀P_s2P_c2和PI输出信号P₀^*以及给定信号Q₀^*P_s2^*P_c2^*进行瞬时功率误差计算，得到U_dq^p和U_dqⁿ，并赋值给电压旋转坐标反变换模块，进行坐标反变换得到电压限幅后的电压信号U_α’、U_β’。

根据静止坐标系下的电压U_α’、U_β’，采用SVM空间矢量调制算法，即可得到实现PWM整流器恒频直接功率控制。

采用恒频直接功率控制的方法，能够有效地稳定了系统输出的有功功率，使三相有功功率分配更为平均，在保证系统动态性能的同时，可有效抑制交流侧电流谐波并减小系统无功功率直流分量，改善系统稳态性能。