CN103904873A - 一种三相电压型pwm整流器启动电流冲击抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PWM整流控制领域，具体来说是一种三相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法。检测整流器交流侧电网电压、输入电流及直流侧母线电压，将检测到的电网电压、输入电流经3s/2r变换，得出电网电压和输入电流在dq坐标系下的分量，将电压给定值按照规律1变化后经电压调节器输出作为有功电流分量id的给定，无功电流的给定值是按照规律2变化，有功电流和无功电流分别经电流调节器输出dq坐标系下的电压矢量指令值，再经2r/2s变换成αβ坐标系下的指令值，后由SVPWM模块调制产生控制功率器件的开关信号。本发明可有效抑制整流器在空载或带载启动时的电流冲击，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及PWM整流控制领域，具体来说是一种三相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法。
背景技术
电压型PWM整流器具有交流侧交流电流低谐波、单位功率因数、能量双向流动及恒定直流电压控制等优点，日益引起人们的关注。在PWM整流器控制系统中，交流侧电流的控制是电压型PWM整流器的重要性能指标。
三相电压型PWM整流器的直接电流控制策略是通过对交流侧电流的直接控制而使其跟随电流给定信号的控制方法，采用交流电流内环、直流电压外环构成整流器控制系统，这种基于坐标变换的直接电流控制方法控制精度高、调节速度快，既可实现单位功率因数，又可控制直流电压恒定。但是直接电流控制中的比例积分(PI)调节器会导致启动瞬间在整流器交流侧产生很大的冲击电流，这将不能达到交流侧电流的有效控制这一关键性能指标要求，并且使得功率器件承受较大的瞬时电流应力，影响系统的可靠性，甚至会损坏整流器，使其不能正常工作。
发明内容
本发明目的在于提供一种解决采用直接电流控制技术中启动电流冲击大的不足的三相电压型PWM整流器启动电流冲击的抑制方法。
本发明的目的是通过下列技术方案来实现：
一种三相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，包括以下步骤：
检测整流器交流侧电网电压、输入电流及直流侧母线电压，将检测到的电网电压、输入电流经3s/2r变换，得出电网电压和输入电流在dq坐标系下的分量，将电压给定值按照规律1变化后经电压调节器输出作为有功电流分量id的给定，无功电流的给定值是按照规律2变化，有功电流和无功电流分别经电流调节器输出dq坐标系下的电压矢量指令值，再经2r/2s变换成αβ坐标系下的指令值，后由SVPWM模块调制产生控制功率器件的开关信号。
上述步骤中所述的规律1的变化是：整流器启动时在Δt1时间内外环电压给定值沿y＝kx2曲线上升至udc/2，随后再沿曲线x＝Δt1从udc/2上升至udc（udc为稳态直流侧母线电压）。
上述步骤中所述的规律2的变化是：从整流器启动开始到Δt2时间内将直流侧电容电流ic反馈至iq闭环，在Δt2时间内直流侧电容电流ic作为无功电流环的给定值。Δt2时间后无功电流环的给定值仍为0。
本发明的有益效果为：本发明基于直接电流控制的基础上，采用在整流器启动瞬间使直流电压外环给定值和无功电流内环给定值按照一定的规律变化的方法，可有效抑制整流器在空载或带载启动时的电流冲击，提高了系统的可靠性，同时，可以做到启动时直流侧电压无超调，动态性能好，方法简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明一种三相电压型PWM整流器电流冲击抑制方法控制框图。
图2为采用原电压电流双闭环控制的实施例在空载启动时整流器输入侧A相电流波形。
图3为采用本发明方法控制下的实施例在空载启动时整流器输入侧A相电流波形。
图4为采用原电压电流双闭环控制的实施例在满载启动时整流器输入侧A相电流波形。
图5为采用本发明方法控制下的实施例在满载启动时整流器输入侧A相电流波形。
图6为采用原电压电流双闭环控制的实施例在空载启动时直流侧电压波形。
图7为采用本发明方法控制下的实施例在空载启动时直流侧电压波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明中作用时间Δt1的选取与整流器的参数有关。作用时间Δt2的选取是按照直流侧电容上无功功率达到最大的作用时间作为依据。
结合图1，网侧电压传感器检测到交流侧电压，经A/D转换后，从abc坐标系下转换到αβ坐标系，在αβ坐标系下得出αβ坐标系与dq坐标系转换所需的空间定位角θ，进一步得出检测到的交流电压在dq坐标系下的分量ed和eq，采用d轴定向，则ed=E,eq=0。
网侧电流传感器检测整流器输入侧交流电流，经A/D转换后，根据空间定位角θ，从abc坐标系转换到dq坐标系，得出dq坐标系下的有功分量id和无功分量iq。
将从直流侧检测到的电压值udc与电压给定值udc *相比较后经外环电压调节器输出有功电流给定值id *，再由id *与实际检测到的id相比较经电流调节器后，再进行电流前馈解耦以及电网电压前馈补偿，使系统得到解耦。
外环电压给定值udc *是按照启动时在Δt1时间内沿y＝kx2曲线上升至udc/2，随后再沿曲线x＝Δt1从udc/2上升至udc。其中Δt1时间的选取与整流器的参数有关。
无功电流环的控制与有功控制相同，为了更好的实现在启动时减小电流冲击，从启动开始到Δt2时间内将直流侧电容电流ic反馈至iq闭环，在Δt2时间内直流侧电容电流ic作为无功电流环的给定值。Δt2时间后无功电流环的给定值仍为0。其中，Δt2的选取是按照直流侧电容上无功功率达到最大时的作用时间作为依据。
经解耦后可得到两相旋转坐标系下的电压指令值ud *和uq *，再经过2r/2s坐标反变换，得到三相电压型PWM整流器采用电压空间矢量调制的输入端电压指令矢量在αβ坐标系下的分量uα *和uβ *，再根据此计算电压空间矢量所在的扇区及各矢量的作用时间，进而分配PWM整流器的驱动信号。
本发明实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
实施例
本发明采用直流侧稳态输出电压值为300V，额定负载30Ω，额定容量为3kW，交流侧电压峰值100V，外环电压给定值udc *的变化曲线y＝kx2中取k=3500000，Δt1=6.5ms,取直流侧电容电流ic作为无功电流环的给定值的时间Δt2=4.5ms，进行仿真验证。
图2、图4和图6是采用原电压电流双闭环控制的波形图。图3、图5和图7是采用本发明的控制方法后的波形图。由图2和图3相比较可知，采用本发明的控制方法后，整流器空载启动冲击电流由原来稳态电流的3倍减小为稳态电流的1.3倍。由图4和图5相比较可知，采用本发明的控制方法后，整流器满载启动冲击电流由原来稳态电流的3倍减小为稳态电流的1.35倍左右。图6和图7可知，采用本发明控制方法可以做到直流侧启动电压无超调。
综上可知，采用在整流器启动瞬间使直流电压外环给定值和无功电流内环给定值分别按照一定的规律变化的方法，可有效抑制整流器在空载或带载启动时的电流冲击，提高了系统的可靠性，同时，可以做到启动时直流侧电压无超调，动态性能好，方法简单，易于实现。
Claims (1)
1.一种三相电压型PWM整流器启动电流冲击抑制方法，包括：
检测整流器交流侧电网电压、输入电流及直流侧母线电压，将检测到的电网电压、输入电流经3s/2r变换，得出电网电压和输入电流在dq坐标系下的分量，将电压给定值按照规律1变化后经电压调节器输出作为有功电流分量id的给定，无功电流的给定值是按照规律2变化，有功电流和无功电流分别经电流调节器输出dq坐标系下的电压矢量指令值，再经2r/2s变换成αβ坐标系下的指令值，后由SVPWM模块调制产生控制功率器件的开关信号；所述的规律1的变化是：整流器启动时在Δt1时间内外环电压给定值沿y＝kx2曲线上升至udc/2，随后再沿曲线x＝Δt1从udc/2上升至udc，udc为稳态直流侧母线电压；所述的规律2的变化是从整流器启动开始到Δt2时间内将直流侧电容电流ic反馈至iq闭环，在Δt2时间内直流侧电容电流ic作为无功电流环的给定值。Δt2时间后无功电流环的给定值仍为0。
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