专利名称：不平衡电压下pwm整流器输出功率稳定的无差拍控制方法
技术领域：
本发明涉及一种不平衡电网电压下电压型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，特别是一种不平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法。
背景技术：
基于空间电压矢量PWM的电流无差拍控制方法，开关频率恒定，调节性能好，其在电力电子中的应用体现出了巨大的优势，该方法动态性能较好，跟踪过程无超调，具有较快的动态响应速度。其控制原理是基于控制对象数学模型，通过采样各反馈变量值，计算出当前控制周期内的控制输出量，使受控量在本控制周期内与参考值相等。有学者将无差拍控 制方法应用于三相电压型PWM整流器系统，获得了较好的控制效果。在三相电压型PWM整流器无差拍控制策略研究中，一般均假设三相电网输入电压平衡。然而，电网电压不平衡是一种电力系统中常见的电网故障类型，在电网不平衡条件下，基于传统无差拍控制方法的三相电压型PWM整流器输出功率存在二倍频脉动，直流母线电压产生波动，严重影响整流器的控制品质，同时，电压不平衡产生的负序电流也将对功率器件的安全运行产生影响。因此，有必要设计一种不平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法，使得在电网不平衡条件下，控制系统可以有效抑制PWM整流器的输出功率脉动，减小直流母线电压波动，保证整流器的控制品质和功率器件的安全运行。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种不平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法，该方法可以有效抑制PWM整流器的输出有功、无功功率脉动和直流母线电压波动，保证三相PWM整流器在电网电压不平衡时的控制品质。本发明的技术方案为一种不平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法，其特征在于包括以下步骤(I)、检测三相电网电压，三相输入电流和直流侧电压，并通过锁相环计算电网电压旋转角速度及位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、将电网电压和输入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轴的电网电压、输入电流；(4)、根据上一时刻的同步旋转坐标下的输入电压参考值和同步旋转坐标下d、q轴输入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)得到的系统输出有功功率和无功功率实际值做差，分别经过比例谐振控制器(I)、比例谐振控制器(2)并通过二倍频补偿电压计算分别得到输出有功功率和无功功率二倍频电压补偿项；(6)、将旋转坐标系下d、q轴电网电压值分别和步骤(5)得到的二倍频电压补偿项相加，得到补偿后的电网电压值；(7)、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控制器后，计算得到旋转坐标系下d轴电流的参考值，设q轴电流参考值为O ; (8)、设电流参考值保持不变，用电流参考值代替离散化后的PWM整流器模型中的下一时刻电流值，用变换器输入电压参考值代替变换器输入电压，可得到电压参考值计算模型；(9)、分别将步骤(7)中得到的旋转坐标系下d、q轴电流的参考值、步骤⑶中得到的旋转坐标系下的d、q轴电流实际值和步骤(6)中得到的补偿后的d、q轴电网电压作为步骤(8)中建立的电压参考值计算模型的输入，经过电压参考值计算模型得到变换器输入电压的参考值；(10)、将步骤(9)得到的输入电压参考值以电网电压位置角为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的输入电压，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。本发明控制方法在不平衡电网电压条件下，能够对电网电压进行实时补偿，可以有效消除电网电压不平衡对系统的影响，抑制PWM整流器的输出功率脉动，消除直流母线 电压波动，保证功率器件的整流器输出品质和安全运行，算法简单，易于实现。
图I为三相电压型PWM整流器主电路结构图；图2为本发明控制系统的结构原理图；图3为采用本发明的功率稳定无差拍控制前后的输出功率波形图；图4为采用本发明的功率稳定无差拍控制前后的直流侧电压波形图。具体实施方法
下面结合附图对本发明做进一步说明。三相电压型PWM整流器主电路拓扑结构如图I所示，图中，U职、ugh, Ugc为交流侧三相电压源，iga、igb、igc为三相交流侧输入电流，Uca, uch,"。。为功率桥输入侧三相电压，《d。为直流侧电压，4和&分别为进线电感及其等效电阻，C为直流滤波电容，O为电网中点，iL为负载电流，直流侧负载由电阻怂等效表示。在电网三相电压平衡且稳定情况下，可得PWM整流器在同步旋转坐标系下的数学模型
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"gd、、分别为电网电压的d、q轴分量，igd、igq分别为交流侧输入电流的d、q轴分量，ucd、Ucq分别为整流桥交流侧输入电压的d、q轴分量，Wg为电网电压旋转角速度；
同步旋转坐标系下系统输出功率方程为3
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不平衡电网电压下系统各电量在正、反转旋转坐标系中相应正、负序分量的形式如
下
权利要求
1.一种不平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法，其特征在于包括以下步骤(I)、检测三相电网电压，三相输入电流和直流侧电压，并通过锁相环计算电网电压旋转角速度及位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、将电网电压和输入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、输入电流；(4)、根据上一时刻的同步旋转坐标下的输出电压参考值和d、q轴输入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)得到的系统输出有功功率和无功功率实际值做差，分别经过比例谐振控制器(I)、比例谐振控制器⑵并通过二倍频补偿电压计算分别得到输出有功功率和无功功率二倍频电压补偿项；(6)、将旋转坐标系下d、q轴的电网电压值分别和步骤(5)得到的二倍频电压补偿项相加，得到补偿后的电网电压值；(7)、将直流侧电压给定值与步骤⑴得到的直流侧电压实际值的差经过PI控制器后，计算得到旋转坐标系下d轴电流的参考值，设q轴电流参考值为O ; (8)、设电流参考值保持不变，用电流参考值代替离散化后的PWM整流器模型中的下一时刻电流值，用变换器输入电压参考值代替变换器输入电压，可得到电压参考值计算模型；(9)、分别将步骤(7)中得到的旋转坐标系下d、q轴电流的参考值、步骤(3)中得到的旋转坐标系下的d、q轴电流实际值和步骤(6)中得到的补偿后的d、q轴电网电压作为步骤(8)中建立的电压参考值计算模型的输入，经过电压参考值计算模型得到变换器输入电压的参考值；(10)、将步骤(9)得到的输入电压参考值以电网电压位置角为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的输入电压，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平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法。本发明的技术方案要点为一种不平衡电压下PWM整流器输出功率稳定的无差拍控制方法，将旋转坐标系下d、q轴电网电压值分别和输出功率的二倍频电压补偿项相加，得到补偿后的电网电压值作为电压参考值计算模型的输入，经过电压参考值计算模型得到变换器输入电压的参考值，将此输入电压参考值以电网电压位置角为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标下的输入电压，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。本发明可以有效消除电网电压不平衡对系统的影响，抑制PWM整流器的输出功率脉动，消除直流母线电压波动，保证功率器件的整流器输出品质和安全运行。
文档编号H02M1/14GK102891615SQ201210416089
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者王萌, 施艳艳 申请人:河南师范大学