一种PWM整流器直流偏置抑制的方法与流程

本发明属于电力电子整流器技术领域，涉及一种pwm整流器直流偏置抑制的方法。

背景技术：

以安全、节约、高效为特点的各类电力电子变流装置在国民经济领域得以广泛应用，大大提高了人们工作及生活中的效率及舒适度。目前，这些电力电子变流装置大部分需要整流环节，将传输效率相对较高的交流电压转换为变流装置所需的直流驱动电压。为了减少对电网的谐波污染，目前主流趋势是以电压电流双闭环的可控整流算法作为pwm整流器的控制策略，但由于系统检测或控制偏移等因素存在，整流器工作过程中会向电网注入一定的直流分量，从而对电网及其余用电设备产生不良影响，严重时甚至会造成安全问题。

传统的pwm整流器控制策略不对系统中直流偏置误差进行控制，无法消除直流偏置对系统的影响。因此，研究整流直流分量抑制的控制策略是十分必要的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种pwm整流器直流偏置抑制的方法，在不影响传统pwm整流器控制策略的同时，较大程度的降低系统中直流偏置误差，改善整流器系统性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种pwm整流器直流偏置抑制的方法，具体包括以下步骤：

s1：检测整流器进线电流ia、ib、ic，对电流信号进行clark变换后，得到两相静止坐标系下电流iα及iβ分量；

s2：对电流iα及iβ分量进行低通滤波，滤除信号中的交流分量，得到系统电流中直流偏置误差量及

s3：以0为目标，对直流偏置误差量及进行pi闭环控制，得到两相静止坐标系下电压调节量及

s4：将及以负反馈的形式加入至整流器传统电压电流闭环控制调节量vα及vβ中，进行svpwm脉宽调制，得到整流器的驱动脉冲，实现对系统中直流偏置误差的抑制。

进一步，所述步骤s2中，采用巴特沃思滤波器对所述电流iα及iβ分量进行低通滤波。

进一步，所述巴特沃思滤波器阶次由以下公式确定：

式中n为滤波器阶次，αp为通带最大衰减，αs为阻带最小衰减，fp为通带上限频率，fs为阻带下限频率。

进一步，所述步骤s3中，采用增量式pi算法对所述直流偏置误差量及进行闭环控制，得到两相静止坐标系下电压调节量及

进一步，所述增量式pi算法的表达式为：

u(k)＝u(k-1)+kpδe(k)+kie(k)

式中，u(k)为第k次控制输出量，e(k)为第k次误差量，δe(k)＝e(k)-e(k-1)，kp为比例系数，ki为积分系数。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明对两相静止坐标系下的电流iα及iβ分量进行低通滤波，对提取的直流偏置误差量及进行pi闭环控制，得到的电压调节量及以负反馈的形式加入至pwm整流器传统电压电流闭环控制调节量及中，进而有效地抑制了系统中直流偏置误差。本发明计算简单，方法便捷，对原有控制策略影响较小，直流偏置抑制效果明显，大大改善了整流器系统性能。

(2)本发明采用巴特沃思滤波器对两相静止坐标系下电流iα及iβ分量进行低通滤波，稳态过程中对直流偏置误差提取率高，动态滤波过程保证了最大限度的平坦，降低了系统调节过程中直流偏置抑制方法对系统稳定性的干扰。

(3)本发明采用增量式pi算法对直流偏置误差量及进行闭环控制，控制过程中每次只计算出控制增量，直流偏置抑制调节量变化较为平缓，对原有系统影响较小。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述直流偏置抑制方法原理框图；

图2为本发明所述直流偏置抑制方法流程图；

图3为未采用本发明所述直流偏置抑制方法实验波形及fft分析图；

图4为采用本发明所述直流偏置抑制方法实验波形及fft分析图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本实施例采用整流器系统容量为55kva，电网侧电压为380v/50hz，交流侧进线电抗器l＝3mh，直流侧电容c＝4.7uf，其直流电压控制目标udc^*＝600v，无功电流设定值iq^*＝-0.4，整流器开关频率f＝4khz。其系统控制原理框图如图1所示，在传统pwm整流器电压电流双闭环控制原理的基础上加入本发明所述的抑制pwm整流器直流偏置的方法，其具体实施步骤如图2所示，包括以下四个步骤：

s1：以la100-p作为电流检测传感器，检测整流器进线电流ia、ib、ic，采样频率为4khz，对检测电流信号进行clark变换后，得到两相静止坐标系下iα及iβ分量；

s2：采用巴特沃思滤波器对电流iα及iβ分量进行低通滤波，其中滤波器要求通带最大衰减αp＝3db,阻带最小衰减αs＝30db,通带上限频率fp＝2hz,阻带下限频率fs＝20hz。滤除信号中的交流分量后，得到系统电流中直流偏置误差量及

所述巴特沃思滤波器根据如下公式计算得出滤波器阶次为2阶，

式中n为滤波器阶次，αp为通带最大衰减，αs为阻带最小衰减，fp为通带上限频率，fs为阻带下限频率。

根据巴特沃思滤波器阶次及通带上限频率fp得到滤波器传函数为：

并按照双线性z变换公式进行离散化可得系统离散化表达式为：

y(n)＝0.00176x(n)+0.00352x(n-1)+0.00176x(n-2)+1.797y(n-1)-0.8y(n-2)

式中t为采样周期标幺值，y(n)为第n次滤波器输出量，y(n-1)为第n-1次滤波器输出量，y(n-2)为第n-2次滤波器输出量，x(n)为第n次滤波器输入量，x(n-1)为第n-1次滤波器输入量，x(n-2)为第n-2次滤波器输入量。

s3：以0为目标，对直流偏置误差量及进行pi闭环控制，得到两相静止坐标系下电压调节量及其中pi调节器采用增量式pi调节器。

所述增量式pi调节器表达公式如下：

u(k)＝u(k-1)+kpδe(k)+kie(k)

为兼顾系统响应速度及稳定性，降低直流偏置误差抑制环节对系统性能的影响，所用pi调节参数经试凑法得到，其中比例调节参数kp＝0.2，ki＝0.001。

s4：将及以负反馈的形式加入至整流器传统电压电流闭环控制调节量及中，进行svpwm脉宽调制，得到整流器的驱动脉冲。

图3为传统pwm整流器控制策略得到的一相电流波形及其fft分析图。从图3中可以看出，该相电流直流偏置误差为3.2a，电流波形存在明显的直流偏置。

图4为在传统pwm整流器控制策略中加入直流偏置抑制方法得到的一相电流波形及其fft分析图。从图4中可以看出，在传统整流器控制策略中加入本发明提供的方法后，该相直流偏置误差降低为0.11a，误差抑制效果比图3采用的传统方法更明显。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。