一种三相PWM整流器的相序自适应控制方法与流程

本发明属于电力电子控制领域，涉及一种三相pwm整流器的控制方法。

背景技术：

三相pwm整流器在现场的应用越来越多。很多的老工厂、偏远农乡，很多现场出现过电工无法识别电网电压相序，或者整个工厂的、台区的电网电压相序都是反的或者错的问题。居多的设备，在错相序的情况，会启动后发生故障，或者无法运行。需要再次停电，调整相序。对于很多的场合，再次停电，可能需要等待较长的时间，从工程的角度出发，解决pwm整流器在错相序情况下的正常运行，迫在眉睫，具有非常大的社会价值。

pwm整流器亦可以延伸到所有的并网变流器，比如光伏、风力发电、apf/svg、具有pwm整流的交流/直流电源，都存在上述的问题和需求。

当前的三相pwm整流器，或者不具备相序自判断功能，或者可以判断相序，但是在错相序下设备无法正常运行。

技术实现要素：

本发明提出一种三相pwm整流器的相序自适应控制方法，能够实现在错相序情况的设备正常运行。

本发明对软锁相环进行改进，实现软锁相环的相序自动判断，然后对相序进行自动调整，锁定电网电压的正确正序相序，根据上述软锁相环相序判断的情况，调整控制算法的相序，实现在错相序情况的设备正常运行。

本发明的解决方案具体如下：

该用于三相pwm整流器的相序自适应控制方法，首先通过改进型软锁相环进行相序自动判断，然后对相序进行自动调整，锁定电网电压的正确正序相序；根据所述改进型软锁相环的相序判断的情况，调整三相pwm整流器控制算法的相序，实现对变流器的正确驱动；

所述改进型软锁相环的实现步骤如下：

1)采集三相电网电压，假定相序标志位为正相序1；

2)利用瞬时无功坐标变换公式对三相电网电压进行abc/αβ变换,再进行αβ/dq轴坐标变换；

3)对q轴进行一周波平均值计算，所得数值与系统电压峰值的一半进行对比，如果大于则进入步骤5)，如果小于则进入步骤4)；

4)判断相序为负相序，即错相序，置相序标志位为负相序0，将三相电网电压a、b相电网电压调换，作为输入，依次进入步骤2)、步骤3)，之后进入步骤5)；

5)对d轴进行巴特沃斯滤波器滤波，得到直流分量ud；

6)0-ud求取误差；

7)利用pi调节器进行误差跟踪控制；

8)积分得到电网电压相角。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下优化：

上述巴特沃斯滤波器的截止频率选为10hz。

上述根据改进型软锁相环的相序判断的情况，调整三相pwm整流器控制算法的相序，实现对变流器的正确驱动，具体包括以下步骤：

a.采样母线电压值，与给定目标母线电压做差；

b.利用pi调节器进行误差跟踪控制；

c.对pi调节器的输出叠加一个电网电压前馈固定项；

d.利用上述步骤8)所得的相角，进行瞬时无功坐标变换dq/abc，得到

三相有功指令iap、ibp、icp；

e.根据改进型软锁相环识别的相序标志：如果为正序1，保持iap、ibp、icp不变；如果为负序0，调换a、b相指令进行相序调整，得到ibp、iap、icp；

f.步骤e得出的三相有功指令与三相输出电流的采样值分别进行做差，得到误差，进行误差跟踪控制，得到调制波；

g.对步骤f得到的调制波，利用spwm调制方式得到变流器的驱动脉冲，进行主电路的控制。

上述步骤f进行误差跟踪控制可通过pr谐振器实现。

本发明具有以下有益效果：

改进的软锁相环可以正确的识别出电网电压的正、负相序，并始终可以准确锁定电网电压的正序相角。

根据电网电压的正、负相序，调整控制算法的相序，可以实现负序电网电压情况下设备的正常运行。

该控制方法免除了应用现场电网电压相序的判断，解决了在错相序的情况下设备正常运行的问题，在应用现场具有非常大的实用价值，应用前景不可限量。

附图说明

图1是本发明涉及的主电路拓扑结构示意图。

图2是本发明所介绍的一种三相pwm整流器的相序自适应控制方法的改进软锁相环的实现流程图。

图3是本发明所介绍的一种三相pwm整流器的相序自适应控制方法的一种系统控制框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步详细说明：

如图1所示为pwm整流器拓扑结构。三相电压型逆变器与电网通过三相电抗器连接，直流侧存在储能电容，通过电压型变流器的开关动作实现稳压和输入电流的正弦化。

本发明所提的三相pwm整流器的相序自适应控制方法实现步骤如下：

一、软锁相自适应算法如图2所示：

a.采集三相电网电压(未知是否错相的情况下)，假定相序标志位为正相序1。

b.利用瞬时无功坐标变换公式对三相电网电压进行abc/αβ变换,进行αβ/dq轴坐标变换。具体公式如下：

其中，

其中，

c.对有功轴q轴进行一周波平均值计算，所得数值与系统电压峰值的一半进行对比，如果大于进入步骤e，如果小于进入步骤d。

锁相相角如果为正序角度，那么有功轴q轴求平均所得即为系统电压的峰值。

锁相相角如果为负序角度，那么有功轴q轴所得即为100hz交流分量，求取平均即为0附近。但是在电网电压三相不平衡的情况下，有功轴q轴包含100hz交流分量和一定的直流分量，但是最严苛的三相不平衡其中的直流分量也不会超过系统电压峰值的一半。所以判断值取为系统电压峰值的一半。

一周波平均值的差分方程式如下：

其中n为采样频率对应的点数，x(i)为q轴瞬时值。

d.判断相序为负相序(也即错相序)，置相序标志位为负相序0，将三相电网电压a、b相电网电压调换，作为输入，依次进入步骤b、步骤c，之后进入步骤e。

对于三相三线系统，非正序，任意调换其中两相，即可将相序调整为正序。

e.d轴进行巴特沃斯滤波器滤波，得到ud。

为了保证在各种工况下，软锁相环都可以准确、稳定的实现锁相，巴特沃斯滤波器截止频率选为10hz。具体差分表达式见下：

其中：b1＝1；a1＝0.0000003260045332；a2＝0.00000065200；a3＝0.0000003260045332；

b2＝0.9983857105734244；b3＝1.9983844065552916；

f.0-ud求取误差

g.利用pi调节器进行误差跟踪控制。

u(k)＝kp*e(k)+ki*e(k)+u(k-1)

其中，kp、ki分为为比例、积分的系数值，e(k)为误差.

h.积分得到电网电压相角。积分的差分表达式如下：

u(k)＝e(k)+u(k)

二、相序自适应系统控制算法如图3所示：

a.采样母线电压值，与给定目标母线电压做差。

b.利用pi调节器进行误差跟踪控制。对于母线电压这样的直流分量，pi调节器可以误差控制。

pi调节器实现差分表达式为：

u(k)＝kp*e(k)+ki*e(k)+u(k-1)

其中，kp、ki分为为比例、积分的系数值，e(k)为误差.

c.叠加电网电压前馈固定项。

对于pwm整流器启动瞬间，需要抵消电网电压，进行固定值前馈的方式，给控制器一个初始的前馈值，可以有效的减小稳压瞬间的冲击电流值。固定前馈值叠加到母线电压环的输出。

d.利用上述软锁相环所得的相角，进行瞬时无功坐标变换公式dq/abc，

得到三相有功指令iap、ibp、icp

具体变换公式如下：

其中，

其中，

e.根据上述锁相环识别的相序标志：如果为正序1，保持iap、ibp、icp不变；如果为负序0，调换a、b相指令进行相序调整，得到ibp、iap、icp。

f.有功指令与三相输出电流的采样值，分别进行做差，得到误差进行pr(不限与此控制器)控制器的误差跟踪控制，得到调制波。

pr谐振器的差分表达式为：

其中：分子：a0＝0.0000249842；a1＝0；a2＝0.0000249842；

分母：b0＝1；b1＝-1.998497405；b2＝0.999000633；

g.f中得到的调制波，利用spwm调制方式得到变流器的驱动脉冲，进行主电路的控制。

本发明提及的相序自适应控制方法，不限于此文所提及的系统控制算法，所有控制算法都可利用上述思路实现相序的自适应。