一种三维负序电流重构的三相PWM整流器直流母线电压纹波抑制方法

本发明属于电力电子的控制，具体涉及一种三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法。

背景技术：

1、整流器可以提供稳定可靠的直流电源而被广泛应用于工业界。但由于变换器本身特性或一些特殊工况，其直流电源可能存在低频波动。单相整流器输入功率含有二倍电网电压基波角频率的脉动分量，因此直流母线电压含有二次纹波。而三相pwm整流器在对称工况下每相产生的脉动功率大小相等、相位互差120°，所以脉动功率可以相互抵消，使得输出功率和电压仅含有直流分量。但当三相不对称电压出现时，这种平衡会被破坏，导致直流母线电压中含有交流分量。该交流分量会通过电压负反馈导致电网电流含有奇次谐波，进而恶化整流器交、直流侧的电能质量。因此，有效抑制直流母线电压纹波及网侧电流谐波具有重要意义。

2、相关专利申请的参照：

3、现有方法基于网侧功率模型控制网侧电流，实现直流母线电压纹波抑制，[1]中给出一种虚拟相电流补偿控制策略，电流补偿值与电压不对称程度相关，从而有效抑制输出功率中的脉动分量。[2]则给出一种基于线电压采样的相电压重构方法，根据重构所得相电压控制电网电流以降低电流的不对称度。这两种方法计算简单且易于实现，但都受限于网侧电压采样,一旦网侧参数不能准确获取，其直流母线电压纹波抑制性能会下降。

4、为了摆脱网侧电压、电感等参数精确获取的束缚，[3]提出一种无需网侧功率模型的虚拟阻抗控制策略，通过直流母线电压负反馈实现特定频率处的虚拟电容，抑制直流母线电压脉动及电网电流谐波。但该方法需要在控制闭环中串联滤波器，从而对系统稳定裕度造成消极影响。

5、[1]c.-y.tang and j.-h.jheng,"an active power ripple mitigationstrategy for three-phase grid-tied inverters under unbalanced grid voltages,"ieee ieee trans.power electron.,vol.38,no.1,pp.27-33,jan.2023

6、[2]r.huang,j.xu,q.chen,x.guo and h.cao,"reconstructed phase voltagesbased power following control for three-phase buck rectifier under unbalancedphase voltages and wide ac input frequency,"ieee trans.power electron.,vol.38,no.2,pp.2022-2031,feb.2023.

7、[3]t.song,y.zhang,f.gao,x.zhu,j.shan and z.kong,"power model freevoltage ripple suppression method of three-phase pwm rectifier underunbalanced grid,"ieee trans.power electron.,vol.37,no.11,pp.13799-13807,nov.2022.

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法，该方法能够基于负序有功、无功电流及直流母线电压纹波幅值在线观测数据，重构出直流母线电压幅值最小处的负序有功、无功电流，进而有效抑制直流母线电压纹波及电网电流谐波。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法，其中三相pwm整流器输入为三相电网，三相电网与滤波电感一端相连，滤波电感另一端与三相全桥整流器桥臂中点相连，三相全桥整流器上下两端为直流母线输出正负两极，分别与直流母线电容正负两端相连，其两端之间的电压为直流母线电压。包括以下步骤：

3、(1)数据采集过程中负序电流给定值初始化:根据正序有功电流一定比例设计三次数据采集过程中负序有功、无功电流给定值；

4、(2)无负序电流给定时直流母线电压纹波幅值数据采集：通过带快速傅里叶变换(fft)计算获取负序有功、无功电流为零时直流母线电压纹波幅值；

5、(3)特定负序电流给定时直流母线电压纹波幅值数据采集：将负序电流按照初始化的给定值依次控制整流器，并通过fft计算三组负序有功、无功电流对应的直流母线电压纹波幅值；

6、(4)三维负序有功、无功电流重构：按照前述负序有功、无功电流及对应直流母线电压纹波幅值数据重构直流母线电压纹波幅值最小处负序电流，并将其作为给定值控制三相pwm整流器即可完成直流母线电压纹波抑制；

7、进一步，步骤(1)中，在保证系统稳定的情况下，负序电流参考值可以根据正序有功电流参考值的一定比例给出：

8、

9、其中，z∈{1,2,3}表示第z次负序电流控制，分别为第z次负序有功无功电流给定值，λdz、λqz分别为第z次负序电流控制对应的电流系数，令中一个为零，另一个为设定值。

10、进一步，步骤(2)、(3)中，直流母线电压纹波幅值最小处负序电流与根据以下关系确定：

11、

12、其中

13、

14、其中udc_ac0、udc_ac1、udc_ac3分别为三次负序电流控制下的直流母线电压纹波幅值。

15、进一步，步骤(4)中，直流母线电压纹波幅值最小处负序有功、无功电流根据以下关系确定：

16、

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1.所提方法无需借助带通滤波器即可获取直流母线电压纹波幅值，具有更快的负序电流重构速度。

19、2.所提方法无需网侧电压、电感等参数，摆脱了网侧功率模型的束缚，对于电压采样误差、电感参数偏移具有良好的鲁棒性。

20、3.所提方法无需额外的辅助硬件电路，从而可以降低开发成本，应用场景更加灵活。

技术特征：

1.一种三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法，其中三相pwm整流器输入为三相电网，三相电网与滤波电感一端相连，滤波电感另一端与三相全桥整流器桥臂中点相连，三相全桥整流器上下两端为直流母线输出正负两极，分别与直流母线电容正负两端相连，其两端之间的电压为直流母线电压。包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法，其特征在于：步骤(1)中，在保证系统稳定的情况下，负序电流参考值可以根据正序有功电流参考值的一定比例给出：

3.如权利要求1所述的一种三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法，其特征在于：步骤(2)、(3)中，直流母线电压纹波幅值最小处负序电流与根据以下关系确定：

4.如权利要求1所述的一种三维负序电流重构的三相pwm整流器直流母线电压纹波抑制方法，其特征在于：步骤(4)中，直流母线电压纹波幅值最小处负序有功、无功电流根据以下关系确定：

技术总结
本发明设计一种三维负序电流重构的三相PWM整流器直流母线电压纹波抑制方法，本发明属于电力电子中整流器控制技术领域。现有技术中，当三相PWM整流器网侧参数不能准确获取时，网侧电流谐波及直流母线电压纹波抑制性能会下降。本发明所述的方法根据负序有功、无功电流及直流母线电压纹波幅值的三维空间圆锥模型，通过控制负序电流变化采集直流母线电压纹波幅值数据，重构圆锥顶点处负序电流坐标。采用本发明所述的方法，可以有效抑制直流母线电压纹波及网侧电流谐波，且无需网侧电压、电感等参数，具有良好的鲁棒性。

技术研发人员：张云,宋天宝,白晓宇,朱新山
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27