CN102437753A

CN102437753A - 一种lcl滤波的三相pwm整流器三环控制方法

Info

Publication number: CN102437753A
Application number: CN2011103279037A
Authority: CN
Inventors: 韦徵; 胡雪峰; 李臣松; 龚春英
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-05-02

Abstract

一种LCL滤波的三相PWM整流器三环控制方法，属于整流器控制领域。其特征在于利用一组电压检测变送器及两组电流检测变送器分别采样整流器输出电压、网侧电感电流和整流桥侧电感电流，以控制三相PWM整流器系统的输出直流电压及网侧功率因数。本发明所提出的控制方法，具有三相PWM整流器输出直流电压控制精度高且稳定，网侧功率因数高、抗电网电压畸变干扰能力强、又便于桥臂开关管的保护、可靠性高等突出优点，非常适合于LCL滤波的三相PWM整流器的控制。

Description

一种LCL滤波的三相PWM整流器三环控制方法

技术领域

本发明涉及一种LCL滤波的三相PWM整流器三环控制方法，用来实现LCL滤波的三相PWM整流器的稳定控制，以实现稳定整流器输出直流电压、提高电网侧功率因数。

技术背景

由于电网通过串联LCL滤波器再连接到三相PWM整流器，更有利于整流器在较低开关频率下获得高质量的进网电流，提高电网侧输入功率因数，并保证整流器输出直流电压的稳定。所以LCL滤波的三相PWM整流器作为静止无功补偿、功率因数校正、有源电力滤波器、太阳能、风能等新能源并网发电系统的关键设备，近年来得到了广泛关注。然而LCL滤波器的引入提高了系统的阶数，对系统的控制策略提出了更高要求。当三相PWM整流系统的电流内环采用典型电网输入电流直接单闭环控制时，系统不易稳定；采用电感或电容端串并联阻尼的控制方法，可以避免系统不稳定，但却造成了功率损耗；当电流内环采用控制桥臂电流，或通过控制其他电流变量来实现对电网电流的间接控制方法，改善了闭环系统的稳定性，但是间接电流控制难以做到电网输入电流的单位功率因数运行，而且容易受到电网电压畸变和背景谐波干扰的影响。因此，研究新型LCL滤波的三相PWM整流器电网电流的控制方法具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容：

本发明旨在为LCL滤波的三相PWM整流器提供一种新型的电网电流直接控制方法。这种方法既能保证系统稳定性的要求，又能获得很好的直流输出电压、提高电网输入电流的波形质量和输入侧功率因数，同时又有利于保护桥臂开关管，确保系统的安全可靠运行。

本发明所述的一种LCL滤波三相PWM整流器的三环控制方法，如附图1所示，包括连接整流桥和电网的LCL滤波器、基于高频开关三相整流桥、直流负载、用于检测直流输出电压及各电感电流的检测变送器、电网电压的锁相模块、将三相静止坐标下的三相电流转换成两相同步旋转坐标系下两相电流的坐标变换单元1和坐标变换单元2，分别用于将电网侧的三相电流和整流桥侧的三相电流进行坐标变换、1个用于电压误差调节的电压调节器、4个用于电流误差调节的的电流调节器。主要控制过程描述如下：首先将静止坐标系下的网侧电感电流i_a1、b1、c1和整流桥侧电感电流i_a2、b2、c2分别变换成两相旋转坐标系下的电流i_d1、q1、和i_d2、_q2，然后将三相PWM整流器的输出电压V_o与给定参考信号V_o ^*进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器1(PI₁)，调节器1的输出信号作为电网侧电流分量i_d1的给定信号，与i_d1进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器2(PI₂)，调节器2的输出信号作为整流桥侧电流分量i_d2的给定信号，与i_d2进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器3(PI₃)。将i_q1与控制整流器网侧电流的给定参考信号i_q1 ^*进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器4(PI₄)，调节器4的输出信号作为整流桥侧电流分量i_q2的给定信号，与i_q2进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器5(PI₅)，再把调节器3和调节器5的输出信号及电网电压的相位信号送给SVPWM模块，由SVPWM模块输出的开关驱动信号经驱动电路后控制整流桥开关管的工作，以控制三相PWM整流器系统的输出直流电压及网侧功率因数。

与现有的LCL滤波的三相PWM整流器的控制方法相比，本发明所提出的LCL滤波三相PWM整流器三环控制方法有如下突出优点：

1)通过电压外环实现了对三相PWM整流器输出电压的控制，保证了输出直流电压的稳定及控制精度；

2)通过电流外环控制实现了电网输入电流的直接控制，提高了电网输入电流的功率因数，而且对电网电压畸变和背景谐波干扰具有较强的抑制能力；

2)通过同时采样整流桥侧电感电流增加的内环控制，不仅提高了系统的稳定性，而且有助于桥臂开关的保护，提高系统的可靠性。

本发明所提出的LCL滤波的三相PWM整流器的三环控制方法，具有输出电压控制精度高、输入功率因数高、系统可靠性高等突出优点，非常适合于静止无功补偿、功率因数校正、有源电力滤波器、太阳能、风能等新能源并网发电系统，而且采用各种形式PWM控制的单相和三相LCL滤波的整流器均可使用本发明的方法。

附图说明

附图1是本发明的整体结构框图。

附图2是稳态运行时电网电压、整流器输出直流电压及电网输入电流波形。

附图3是A相电网输入电流的频谱分析结果。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

附图1所示的是本发明提出的一种LCL滤波的三相PWM整流器三环控制方法的整体结构框图，其特征在于包括连接整流桥和电网的LCL滤波器、基于高频开关三相整流桥、直流负载、用于检测输出电压及各电感电流的检测变送器、电网电压的锁相模块、将三相静止坐标下的三相电流转换成两相同步旋转坐标系下两相电流的坐标变换单元1和坐标变换单元2，分别用于将电网侧的三相电流和整流桥侧的三相电流进行坐标变换、1个用于电压误差调节的电压调节器、4个用于电流误差调节的的电流调节器。首先将静止坐标系下的网侧电感电流i_a1、b1、c1和整流桥侧电感电流i_a2、b2、c2分别变换成两相旋转坐标系下的电流i_d1、 _q1、和i_d2、_q2，然后将三相PWM整流器的输出电压V_o与给定参考信号V_o ^*进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器1(PI₁)，调节器1的输出信号作为电网侧电流分量i_d1的给定信号，与i_d1进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器2(PI₂)，调节器2的输出信号作为整流桥侧电流分量i_d2的给定信号，与i_d2进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器3(PI₃)。将i_q1与控制整流器网侧电流的给定参考信号i_q1 ^*进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器4(PI₄)，调节器4的输出信号作为整流桥侧电流分量i_q2的给定信号，与i_q2进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器5(PI₅)，再把调节器3和调节器5的输出信号及电网电压的相位信号送给SVPWM模块，由SVPWM模块输出的开关驱动信号经驱动电路后控制整流桥开关管的工作，以控制三相PWM整流器系统的输出直流电压及网侧功率因数。

为说明本发明的正确性和可行性，对一台50kW的三相PWM整流器运行系统进行了仿真验证。仿真参数为：电网电压为380V，控制输出直流电压为700V，开关频率为10kHz，交流侧滤波器参数为L1＝0.1mH，L2＝1mH，C＝5μF。附图2和3为该实施例的具体仿真实验波形。

附图2表示稳态运行时电网电压、输出直流电压及电网输入电流波形，附图3是A相电网输入电流的频谱分析结果，可以看出，三相PWM整流器输出直流电压稳定、控制精度高，网侧电流THD为仅0.71％且电流的相位与电网电压非常接近，系统实现了低谐波，输入功率因数高。

Claims

1.一种LCL滤波的三相PWM整流器三环控制方法，其特征在于包括用于三相PWM整流器与电网连接的LCL滤波器、连接电网侧的电感为L_1a、L_1b、L_1c、连接整流桥侧的电感为L_2a、L_2b、L_2c、三个滤波电容C₂、C₃和C₄、电网侧三相电流检测变送器1、整流桥侧三相电流检测变送器2、输出电压检测变送器3、基于高频开关脉宽调制控制的三相PWM整流器、输出侧电容C₁、输出直流负载R。首先将静止坐标系下的网侧电感电流i_a1、b1、c1和整流桥侧电感电流i_a2、_b2、c2分别变换成两相旋转坐标系下的电流i_d1、_q1和i_d2、_q2，然后将三相PWM整流器的输出电压V_o与给定参考信号V_o ^*进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器1(PI₁)，调节器1的输出信号作为电网侧电流分量i_d1的给定信号，与i_d1进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器2(PI₂)，调节器2的输出信号作为整流桥侧电流分量i_d2的给定信号，与i_d2进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器3(PI₃)。将i_q1与控制整流器网侧电流的给定参考信号i_q1 ^*进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器4(PI₄)，调节器4的输出信号作为整流桥侧电流分量i_q2的给定信号，与i_q2进行比较，比较后输出的误差信号送给比例积分调节器5(PI₅)，再把调节器3和调节器5的输出信号及电网电压的相位信号送给SVPWM模块，由SVPWM模块输出的开关驱动信号经驱动电路后控制整流桥开关管的工作，以控制三相PWM整流器系统的输出直流电压及网侧功率因数。