三相功率变换器变矢量个数直接功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子与电气传动的变换器控制领域，具体涉及一种三相功率变换 器变矢量个数直接功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 三相电压型脉宽调制变换器以其输入电流正弦度好、单位功率因数、及能量双向 流动等优点，广泛应用于整流、交流调速、有源滤波、无功补偿和新能源并网发电等领域。其 经典的控制方法主要包括电网电压定向控制（voltageorientedcontrol,V0C)和直接功 率控制（directpowercontrol，DPC)。在DPC中，开关表的优劣直接影响整个系统的控制 性能，目前有多种开关表的建立途径：从功率守恒的角度对变换器进行建模分析；通过分 析电流与空间电压矢量和功率的关系；通过一种基于DPC的最优向量通用判据来选择合适 的电压矢量实现有功功率和无功功率的控制；在变换器数学模型的基础上结合瞬时功率理 论定性分析电压矢量与输入有功、无功功率的关系等。在瞬时功率理论基础上得出的传统 直接功率控制矢量表中，能使有功功率增加且无功功率增加和能使有功功率增加且无功功 率减少的非零矢量有两个而并非一个，致使有功功率具有较大的稳态纹波。因此本发明提 出一种三相功率变换器变矢量个数直接功率控制方法，该方法不仅算法简单，更明显地减 小了有功功率的稳态纹波。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题而提供一种三相功率变换器变矢 量个数直接功率控制方法。
[0004] 为实现上述目的本发明采用如下技术方案，三相功率变换器变矢量个数直接功 率控制方法，包括以下步骤：（1)、检测三相功率变换器系统的三相电网电压、三相输入电 流和直流母线电压；（2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得 到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流采样值，并计算出有功功率与无功功率的实 际值；（3)、将三相电网电压信号经过软件锁相环（PLL)得到电网电压位置角，并将其分为 0。-60。、60。-120。、120。-180。、180。-240。、240。-300。和 300。-360。六个扇 区；(4)、将直流母线电压参考值与步骤（1)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制 器得到电流参考值，电流参考值与直流母线电压实际值相乘得到有功功率参考值，且设无 功功率的参考值为〇 ;(5)、通过步骤（2)得到的两相静止坐标系下的电网电压、有功功率与 无功功率的实际值和8种不同的电压矢量计算出相应电压矢量作用下有功、无功功率的变 化率，当变化率大于零时说明该电压矢量能使功率增加，当变化率小于零时说明该电压矢 量能使功率减少；(6)、在不同扇区根据有功、无功功率变化率得出8种不同电压矢量中能 使有功功率增加且无功功率增加的两个非零矢量和能使有功功率增加且无功功率减少的 两个非零矢量，以及能使有功功率减少且无功功率增加的一个非零矢量和能使有功功率减 少且无功功率减少的一个非零矢量，再考虑零矢量的加入，即每个扇区得到2组均包括两 个非零矢量和一个零矢量的矢量组合和2组均包括一个非零矢量和一个零矢量的矢量组 合，则电网电压在0° -360°区间内，得出24组矢量组合；（7)、根据步骤（6)得到有功、无 功功率在不同扇区内受不同电压矢量作用时的变化趋势，建立对应的改进矢量表；(8)、将 步骤⑵得到的有功、无功功率的实际值和步骤⑷得到的有功、无功功率的参考值比较得 出有功、无功功率实际值的变化趋势；(9)、根据电网电压位置角所在扇区和有功、无功功率 实际值的变化趋势从步骤（7)中得到的改进矢量表中选择相应的电压矢量组，并根据该矢 量组各个矢量对有功、无功功率的变化率和有功、无功功率的参考值与实际值的差值进行 计算，得出相应矢量作用的时间；（10)、将步骤（9)得到的控制矢量作用的时间转换为控制 功率器件的开关信号。
[0005] 本方法控制算法简单，易于实现，可以明显减小有功功率波动和电流谐波，保证系 统的控制品质。
【附图说明】
[0006] 图1为三相功率变换器主电路结构；图2为有功功率为1000W无功功率为OVar时， 变换器输入侧电压矢量对有功、无功功率的变化率；图3为三个矢量（如K3、K4、〇时开关 模式生成方法图；图4为三相功率变换器变矢量个数直接功率控制框图；图5为采用传统 直接功率控制矢量表的交流侧a相电流波形图和频谱图；图6为采用改进矢量表的交流侧 a相电流波形图和频谱图；图7为采用传统直接功率控制矢量表的有功、无功功率实验波形 图；图8为采用改进矢量表的有功、无功功率实验波形图。
[0007] 具体实施方法 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0008] 三相功率变换器主电路拓扑结构如图1所示。图中，wga、wgb、wg。为交流侧三相电 压源，'、4、4为交流侧三相电流，Hb、V为变换器输入侧三相电压，&为直流侧母 线电压，Z和7?分别为进线电感及其等效电阻，以J直流滤波电容，直流侧负载由电阻足等 效表示。
[0009] 三相功率变换器的数学模型可通过坐标变换转换到两相静止坐标系中，表示为
【主权项】
1. H相功率变换器变矢量个数直接功率控制方法，其特征在于包括W下步骤：（1)、 检测H相功率变换器系统的H相电网电压、H相输入电流和直流母线电压；（2)、将检测到 的H相电网电压和H相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和 输入电流采样值，并计算出有功功率与无功功率的实际值；（3)、将H相电网电压信号经 过软件锁相环得到电网电压位置角，并将其分为0° -60°、60° -120°、120° -180°、 180° -240°、240° -300°和300° -360°六个扇区；(4)、将直流母线电压参考值与步骤 (1)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制器得到电流参考值，电流参考值与直流 母线电压实际值相乘得到有功功率参考值，且设无功功率的参考值为0 ;巧）、通过步骤（2) 得到的两相静止坐标系下的电网电压、有功功率与无功功率的实际值和8种不同的电压矢 量计算出相应电压矢量作用下有功、无功功率的变化率，当变化率大于零时说明该电压矢 量能使功率增加，当变化率小于零时说明该电压矢量能使功率减少；化）、在不同扇区根据 有功、无功功率变化率得出8种不同电压矢量中使有功功率增加且无功功率增加的两个非 零矢量和使有功功率增加且无功功率减少的两个非零矢量，W及使有功功率减少且无功功 率增加的一个非零矢量和使有功功率减少且无功功率减少的一个非零矢量，再考虑零矢量 的加入，即每个扇区得到2组均包括两个非零矢量和一个零矢量的矢量组合和2组均包括 一个非零矢量和一个零矢量的矢量组合，则电网电压在0° -360°区间内，得出24组矢量 组合；（7)、根据步骤（6)得到有功、无功功率在不同扇区内受不同电压矢量作用时的变化 趋势，建立对应的改进矢量表；巧）、将步骤（2)得到的有功、无功功率的实际值和步骤（4) 得到的有功、无功功率的参考值比较得出有功、无功功率实际值的变化趋势；巧）、根据电网 电压位置角所在扇区和有功、无功功率实际值的变化趋势从步骤（7)中得到的改进矢量表 中选择相应的电压矢量组，并根据该矢量组各个矢量对有功、无功功率的变化率和有功、无 功功率的参考值与实际值的差值进行计算，得出相应矢量作用的时间；（10)、将步骤（9)得 到的控制矢量作用的时间转换为控制功率器件的开关信号。
【专利摘要】本发明公开了一种三相功率变换器变矢量个数直接功率控制方法，该方法是通过在瞬时功率理论的基础上得出改进矢量表，即在一个控制周期内同时引入一个或两个非零矢量和一个零矢量，然后根据电网电压位置角所在扇区、有功功率与无功功率的实际值和有功功率与无功功率的参考值，从改进矢量表中选择两个或三个可以同时减小有功功率、无功功率与参考值间误差的最佳电压矢量。本发明方法控制简单，算法简单，易于实现，可以明显地减小有功功率波动和电流谐波，保证系统的控制品质。
【IPC分类】H02M7-219
【公开号】CN104617798
【申请号】CN201510097502
【发明人】王萌, 祁明艳, 施艳艳, 马鹏飞, 高金辉
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年3月5日