适用于输入不平衡的电流型PWM整流器控制系统及方法

本发明涉及pwm整流控制，特别涉及适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统及方法。

背景技术：

1、将交流电变换成直流电的变换称为整流，又叫ac-dc变换，整流电路即将交流电源电压转换成直流电源电压的电路。整流电路广泛应用于电动汽车充电、直流输电系统、航空航天等领域。根据输出侧储能元件的不同， pwm整流器可分为电压型整流器以及电流型整流器。电压型pwm整流器储能效率高、损耗较低、动态响应快、控制方便，其技术相对较为成熟。电流型pwm整流器以电感作为储能元件，已在有源电力滤波、无功补偿、超导储能、电机调速、可再生能源的并网发电、感应加热电源、电子负载等方面取得了很好的应用。

2、在实际应用中，三相电流型pwm整流器有时会不可避免的工作在不平衡输入电压条件下，或者三相输入电压采样比例有偏差，若采用传统控制方案，以电压平衡为约束条件设计的三相电流型 pwm 整流器会在其直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次非特征谐波，这些低阶的非特征谐波将会对电网产生谐波污染，使整流器的性能恶化，严重时甚至可能烧毁整流设备。

3、在电流型pwm整流器调制方法中，现有的十二扇区空间脉冲宽度调制方法有高的直流电压或电流利用率，灵活多样的数字实现方式，最低的开关损耗，一直是电流型pwm整流器调制方法的首选。但现有的十二扇区空间矢量调制方法在在电网电压不平衡条件下，输入电流会出现严重畸变且严重不平衡，产生大量的奇次谐波，随之生成大量的无功功率，将对电网造成严重污染，影响电网中其它设备正常工作，而且输出电压中也会含有大量偶次谐波，导致输出电压纹波过大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统及方法，可以抑制由电网电压不平衡引起的输入电流不平衡，且能够降低直流侧输出电流纹波。

2、本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：

3、一方面，本发明提供了适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统，包括：

4、三相输入电压等效电阻变化获取单元，用于获取输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化；

5、输入电压不平衡下的三相输入电流平衡控制单元，用于根据输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化，对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整，实现输入电压不平衡下的三相输入电流ia、ib和ic的平衡。

6、另一方面，本发明还提供了适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，应用于所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统，包括如下步骤：

7、获取输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化；

8、根据输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化，对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整，实现输入电压不平衡下的三相输入电流ia、ib和ic的平衡。

9、作为进一步优化，所述每相等效输入电阻的变化，由各相电阻变化系数ka、kb和kc来表示，对于第n个输入电压周期的电阻变化系数ka、kb和kc，由第n-1个输入电压周期的各相等效导通时间ta、tb和tc来表示；

10、所述获取输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化，包括如下步骤：

11、第n-1个输入电压周期内对三相调制波信号积分，得到第n-1个输入电压周期的各相等效导通时间ta、tb和tc；

12、第n个输入电压周期的各相电阻的等效阻值大小按照第n-1个周期的各相等效导通时间进行分配，即ka：kb：kc=ta：tb：tc；

13、保持kc=1，得到第n个周期内各相电阻变化系数ka=ta/tc，kb= tb/tc，kc=1。

14、作为进一步优化，第1个输入电压周期的各相电阻变化系数ka、kb和kc均初始化为1。

15、作为进一步优化，对于第n个输入电压周期的电阻变化系数ka、kb和kc，由第n-1个输入电压周期的各相等效导通时间ta、tb和tc来表示，对第n-1个周期内各相导通时间ta、tb和tc进行积分计算作为参考，以此修正第n个周期的ka、kb和kc。

16、作为进一步优化，所述三相输入电流ia、ib和ic的计算公式为：

17、

18、式中，ua，ub，uc代表各相输入相电压，ra，rb，rc为各相等效输入电阻，r表示三相输入完全平衡下各相的平均输入电阻，ka、kb和kc表示各相等效输入电阻变化系数。

19、作为进一步优化，所述实现输入电压不平衡下的三相输入电流ia、ib和ic的平衡，具体实现方式为：

20、在一个输入电压周期内的各相等效导通时间ta、tb和tc与输入电压ua，ub，uc成正比，利用各相等效导通时间ta、tb和tc计算各相等效输入电阻变化系数ka、kb和kc，使各相等效输入电阻变化系数ka、kb和kc随输入电压ua，ub，uc变化，进而使三相输入电流ia、ib和ic幅值相等，实现三相输入电流ia、ib和ic的平衡。

21、作为进一步优化，通过调整空间矢量脉冲宽度调制各个矢量作用时间来对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整。

22、作为进一步优化，所述通过调整空间矢量脉冲宽度调制各个矢量作用时间来对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整，包括如下步骤：

23、将输入侧三相输入电压按30电角度每扇区进行扇区划分，将三相输入电压周期按逆时针方向划分为12个扇区；

24、通过输入电压ua、ub和uc所在扇区，确定扇区内作用的电流矢量；

25、根据输出电压、输入电压ua、ub和uc及当前输入电压周期的各相电阻变化系数ka、kb和kc计算扇区内各电流矢量作用时间；

26、根据各个电流矢量作用时间，生成三相调制波信号；

27、将三相调制波信号与三角载波信号ut进行比较，三相调制波的值大于三角载波信号ut时，生成对应桥臂上开关管的驱动信号为1，三相调制波的值小于等于三角载波信号ut时，生成对应桥臂上开关管的驱动信号为0。

28、本发明的有益效果是：通过上述适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统及方法，能够根据输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化，对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整，进而实现输入电压不平衡下的三相输入电流ia、ib和ic的平衡。本发明中，输入电流能够保持平衡且畸变程度低，不会产生大量的奇次谐波，不会生成大量的无功功率，进而避免了对电网造成严重污染，不影响电网中其它设备正常工作，而且有效降低了输出电压纹波。

技术特征：

1.适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统，其特征在于，包括：

2.适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，应用于权利要求1所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，其特征在于，所述每相等效输入电阻的变化，由各相电阻变化系数ka、kb和kc来表示，对于第n个输入电压周期的电阻变化系数ka、kb和kc，由第n-1个输入电压周期的各相等效导通时间ta、tb和tc来表示；

4.根据权利要求3所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法,其特征在于，第1个输入电压周期的各相电阻变化系数ka、kb和kc均初始化为1。

5.根据权利要求3所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，其特征在于，对于第n个输入电压周期的电阻变化系数ka、kb和kc，由第n-1个输入电压周期的各相等效导通时间ta、tb和tc来表示，对第n-1个周期内各相导通时间ta、tb和tc进行积分计算作为参考，以此修正第n个周期的ka、kb和kc。

6.根据权利要求2所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，其特征在于，所述三相输入电流ia、ib和ic的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，其特征在于，所述实现输入电压不平衡下的三相输入电流ia、ib和ic的平衡，具体实现方式为：

8.根据权利要求2所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，其特征在于，通过调整空间矢量脉冲宽度调制各个矢量作用时间来对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整。

9.根据权利要求8所述的适用于输入不平衡的电流型pwm整流器控制方法，其特征在于，所述通过调整空间矢量脉冲宽度调制各个矢量作用时间来对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间ta、tb和tc进行调整，包括如下步骤：

技术总结
本发明属于PWM整流控制技术领域，提出了适用于输入不平衡的电流型PWM整流器控制系统及方法，主要包括：首先，获取输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化；其次，根据输入电压不平衡时每相等效输入电阻的变化，对一个输入电压周期内的各相等效的导通时间Ta、Tb和Tc进行调整，实现输入电压不平衡下的三相输入电流ia、ib和ic的平衡。本发明无需额外硬件设备，可以实现输入电压不平衡条件下电流型PWM整流器的输入电流平衡，同时降低输出电流纹波。

技术研发人员：周述晗,董秋,李炳辉,张衍梓,贺明智
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22