Pwm整流器的直接电流控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种PWM整流器的直接电流控制方法，包括：电压采样得到有功功率、无功功率给定值；采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；延迟1/4周期后得到电压、电流延迟信号；计算得到电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量；得到新的功率给定值，并计算出电流参考值；采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到驱动信号；本发明还公开了一种采用所述PWM整流器的直接电流控制方法的直接电流控制装置。本发明提供的PWM整流器的直接电流控制方法及装置，无需旋转坐标变换，计算量小、容易实现、鲁棒性好。
【专利说明】PWM整流器的直接电流控制方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子【技术领域】，特别是指一种PWM整流器的直接电流控制方法及 装直。
【背景技术】
[0002] 模型预测直接电流控制无需坐标旋转变换，具有算法简单、动态响应快、以及鲁棒 性好等优点而被广泛接受；而传统的模型预测电流用枚举法对最优矢量进行选取。随着对 不平衡电网电压情况下PWM整流器控制的深入研究，一种新型无功功率定义被提出并被广 泛应用到不平衡情况下PWM整流器的控制系统中；相对于传统无功功率定义新型无功功率 定义适用范围更为宽泛，在电网平衡情况下新型无功和传统无功是等价的，但是在不平衡 情况下新型无功功率有更好的控制效果。文献《Modeling and analysis of instantaneous active and reactive power for pwm ac/dc converter under generalized unbalanced network》把新型无功功率应用到V0C框架，但是它依然需要对电网电压和电网电流进行正 负序分角军；文献〈〈Control of three-phase PWM rectifier in stationary frame under unbalanced input voltage》做了一定的改进，不需要对电网电压和电网电流进行正负序 分解，但是它需要一个比例谐振器（PR)对电流进行控制。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种PWM整流器的直接电流控制方法及装置， 不需要对电网电压和电网电流进行正负序分解，并且完全在静止坐标系下实现，可以增强 对电网电压不平衡的适应性，达到和平衡电网下类似的运行效果。
[0004] 基于上述目的本发明提供的PWM整流器的直接电流控制方法，包括：
[0005] 根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以 获得单位功率因数运行；
[0006] 利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电 网电流；将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电 网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号；
[0007] 经过计算得到控制目标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母 线电压无波动的有功功率和新型无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和新型 无功功率的交流分量；
[0008] 由作为功率补偿值的电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量加上传 统功率给定值得到新的功率给定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值；
[0009] 在静止坐标系下，通过采样电网电流的瞬时值，并预测下一时刻的电流瞬时值，然 后采用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到 的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号。
[0010] 在一些实施方式中，所述根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功 功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行的步骤中，有功功率给定值是由给定直流 电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压而得到。
[0011] 在一些实施方式中，所述将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电 压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以 及电流延迟信号的步骤中：
[0012] 通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号的计算公式为：
【权利要求】
1. 一种PWM整流器的直接电流控制方法，其特征在于，包括： 根据采样整流器直流侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得 单位功率因数运行； 利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电 流；将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧 电压和电网侧电流延迟1/4周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号； 经过计算得到控制目标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母线电 压无波动的有功功率和新型无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和新型无功 功率的交流分量； 由作为功率补偿值的电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量加上传统功 率给定值得到新的功率给定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值； 在静止坐标系下，通过采样电网电流的瞬时值，并预测下一时刻的电流瞬时值，然后采 用快速矢量选择的模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最 优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号。
2. 根据权利要求1所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述根据采样整流器直流 侧电压得到有功功率给定值，无功功率给定值设置为零，以获得单位功率因数运行的步骤 中，有功功率给定值是由给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上 直流侧电压而得到。
3. 根据权利要求2所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述将电网侧电压通过3/2 变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号；电网侧电压和电网侧电流延迟1/4 周期后分别得到电压延迟信号以及电流延迟信号的步骤中： 通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号以及电流信号的计算公式为：
其中，ea、ee分别为通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电压信号，ia、i e 分别为通过3/2变换后的a相坐标、β相坐标的上的电流信号； 通过3/2变换后的a相坐标、β相坐标的上的电压信号进一步通过延迟1/4周期得 到的电压信号表达式为：
通过3/2变换后的α相坐标、β相坐标的上的电流信号进一步通过延迟1/4周期得 到的电流信号表达式为：
其中Τ为一个工频周期，对于50Hz电网来说为0. 02s。
4. 根据权利要求3所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述经过计算得到控制目 标为电网侧电流正弦、保持电网侧单位功率因数并且直流母线电压无波动的有功功率和 新型无功功率的补偿值分别为电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量的步骤 中： 电感消耗有功功率表达式为：PL = -1. 5c〇L(iai' a+iei' 0)， 电感消耗新型无功功率表达式为：^^二^^^^匕+^^^其中"为电网角频率丄 为整流器交流侧的每相输入电感； 电感消耗的有功功率和新型无功功率中包含了直流分量和交流分量，为了让变换器侧 功率恒定，补偿值应为消耗功率中的交流分量： 电感消耗的有功功率的交流分量表达式为：
电感消耗新型无功功率的交流分量表达式为：
5. 根据权利要求4所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述由作为功率补偿值的 电感上消耗的有功功率和新型无功功率的交流分量加上传统功率给定值得到新的功率给 定值，并由新的功率给定值计算出电流参考值的步骤中： 新的功率给定值表达式为：
由新的功率给定值计算所得的电流参考值表达式为：
6. 根据权利要求5所述的直接电流控制方法，其特征在于，所述采用快速矢量选择的 模型预测直接电流控制方法跟踪参考电流，由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步 得到六个开关管的驱动信号的步骤包括： k+Ι时刻的零矢量电流瞬时值表达式为：
k+Ι时刻的非零矢量电流瞬时值表达式为：
其中：Ig = ia+jie，e = ea+jee ; 其中零矢量和给定参考电流之间的误差表达式为：
， 其中非零矢量和给定参考电流之间的误差表达式为：
， 由零矢量和给定参考电流之间的误差得到最优非零矢量所在扇区k :
J 其中，k = (1，2,3,4,5,6); 以电流矢量负值为变量，在k+Ι时刻，零矢量或非零矢量作用下，-I与给定值-If7之 间的误差，判断<|#"'|是否成立，以判断选取零矢量还是非零矢量；若成立，则选择非 零矢量为最优矢量； 由快速矢量选择所得到的最优电压矢量进一步得到六个开关管的驱动信号对开关管 进行驱动。
7. -种采用如权利要求1-6任意一项所述的PWM整流器的直接电流控制方法的PWM整 流器的直接电流控制装置，其特征在于，包括依次连接的三相电压源、三相滤波电感、整流 桥主电路、直流侧电容、负载；以及，分别从三相电压源输出端及三相滤波电感输出端进行 电压、电流采样的电压电流采样电路，对电压电流采样电路的电压电流数据进行运算控制 的DSP控制器，驱动电路； 其中，所述电压电流采样电路利用电压霍尔传感器采集三相网侧交流电压和整流器直 流侧电压，利用电流霍尔传感器采集三相网侧交流电流，经过信号调理电路后进入DSP控 制器转换为数字信号；DSP控制器完成如权利要求1-6任意一项所述的PWM整流器的直接 电流控制方法的运算，输出六路PWM脉冲，最后经过驱动电路得到整流器的六个开关管的 驱动信号。
【文档编号】H02J3/01GK104143829SQ201410364037
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】张永昌, 曲昌琦 申请人:北方工业大学