CN106877711A - 一种单相级联pwm整流器无锁相环均压控制方法 - Google Patents

一种单相级联pwm整流器无锁相环均压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，包括单相级联PWM整流电路、无锁相环控制、均压控制、准PR控制和PWM脉宽调制五个部分。采用这种控制方法，能够在不需要锁相环的情况下，利用在两相静止坐标系下瞬时功率与电压、电流的关系计算出指令电流信号，以实现电网电流对电压的跟踪控制；此外，叠加无锁相环均压指令，实现各级均压控制；同时采用准比例谐振控制器实现电流内环无静差控制。

Description

一种单相级联 PWM 整流器无锁相环均压控制方法
技术领域
本发明涉及一种PWM整流器控制方法，尤其涉及一种单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法。
背景技术
近年来，为了有效提升电力系统中电力电子装置的电压等级，弥补单个功率开关管耐压水平低的缺陷，一种级联H桥型的拓扑结构被广泛应用于大功率工业场合。同时通过载波移相脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)调制，还能提高功率开关管的等效开关频率，减小变流器输出电流谐波含量。
PWM整流器的一个重要性能指标是获得交流输入侧的单位功率因数。然而，受硬件延时的检测误差、电压输入谐波及相位、频率波动的影响，一般的锁相方法很难实现相位的实时有效跟踪，动态响应速度较慢，且抗扰动能力较差。一些较新颖的锁相方法虽然能够提高系统的响应速度及抗谐波干扰能力，但算法复杂，增加了实现锁相环(phase-locked loop，PLL)的代价。锁相过程因电网电压质量问题和锁相环本身带来的误差容易造成锁相失败，因此，无锁相环控制技术得到了越来越多的关注。
在单相级联脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)整流器中，直流电压不平衡情况下的均压控制要求较高，控制性能受锁相环影响较大。
发明内容
为了克服直流电压不平衡情况下的均压控制要求较高，控制性能受锁相环影响较大的难题，本发明提出一种单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法。
本文通过对三相PWM整流器在两相静止坐标系下瞬时功率[15]的分析，利用虚拟坐标轴，建立了单相级联PWM整流器在两相静止坐标系下的功率数学模型。通过两相静止坐标系下瞬时功率与电网电流的关系，实现无需锁相环即可得到和电网电压同相的电流指令信号以及各级均压指令信号。同时电流内环采用准比例谐振(quasi-proportional-resonant，quasi-PR)控制器，利用其基波增益高、带宽大的特性，实现对基波电流信号的无差跟踪。
单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法包括：单相级联PWM整流电路、无锁相环控制、均压控制、准PR控制和PWM脉宽调制五个部分。
所述单相级联PWM整流电路由多个含四个IGBT开关管组成的桥式电路基本单元组成，每个单元包含滤波电容和负载。
所述无锁相环控制由坐标变换、PID控制组成，计算出三相静止坐标系下瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，从而实现了网侧电流对电网电压信号的实时跟踪。其中p*可以由电压外环控制得到。
所述均压控制采用瞬时功率计算指令电流信号时引入了电网电压，在控制中加入了电网电压前馈，用来消除电网电压带来的扰动。
所述准PR控制通过设置基波谐振点，使基频处增益无穷大，从而实现对基波信号的无静差跟踪。
本发明的有益效果是：克服直流电压不平衡情况下的均压控制要求较高，控制性能受锁相环影响较大的难题，利用在两相静止坐标系下瞬时功率与电压、电流的关系计算出指令电流信号，以实现电网电流对电压的跟踪控制；此外，叠加无锁相环均压指令，实现各级均压控制；同时采用准比例谐振控制器实现电流内环无静差控制。
附图说明
图1 单相级联 PWM 整流器拓扑结构。
图2 单相级联PWM整流器无锁相环控制框图。
具体实施方式
图1中，为单相级联PWM整流器拓扑结构，由多个含四个IGBT开关管组成的桥式电路基本单元组成，每个单元包含滤波电容和负载。 为电网电压、电流；为交流侧滤波电感；(i=1,2,…,n)为第i级的直流侧电容值；(i=1,2,…,n)为第i级的直流侧电压值；(i=1,2,…,n)为第i 级的直流侧负载值。要实现在单相静止坐标系下单位功率因数控制，电流指令信号的获得需要依赖实时锁相电网电压。
无锁相环控制是在两相静止坐标系下获取无锁相指令信号，并能无差跟踪控制，同时实现各级直流侧均压。；(1,...,n)为各级功率不平衡量；(1,...,n)为各个子模块的调制信号；(1,...,n)为各级直流侧电压瞬时值。假设为瞬时有功功率和无功功率的给定值，表示网侧电流在轴的指令信号。为恒定值，也为恒定值，故电流指令信号的频率、相位信息与实时检测到的电网电压的频率、相位信息是一致的，从而实现了网侧电流对电网电压信号的实时跟踪。其中可以由电压外环控制得到。
PR控制器通过设置基波谐振点，使基频处增益无穷大，从而实现对基波信号的无静差跟踪。本发明用一种增益高、带宽大的准PR控制器。准PR 控制器不仅在谐振频率50 Hz处具有40 dB的增益，同时可以通过调节使其具有较大的带宽，减小电压频率波动给控制系统带来的影响，提高系统抗扰动能力。
最后将电流叠加信号分别加到总的调制信号上得到各个子模块的调制信号(1,...,n)。调制方式采用载波移相PWM调制，使变流器最终输出2n+1电平，实现多电平调制。

Claims (6)

1.一种单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，其特征在于：单相级联PWM整流电路、无锁相环控制、均压控制、准PR控制和PWM脉宽调制五个部分。
2.如权利要求1所述的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，其特征在于所述单相级联PWM整流电路由多个含四个IGBT开关管组成的桥式整流器组成。
3.如权利要求1所述的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，其特征在于所述无锁相环控制由坐标变换、PID控制组成，实现对电压的实时跟踪。
4.如权利要求1所述的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，其特征在于所述均压控制引入了电压前馈控制，能够消除电网电压带来的扰动。
5.如权利要求1所述的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，其特征在于所述准PR控制能够减小电压频率波动给控制系统带来的影响，提高系统抗扰动能力。
6.如权利要求1所述的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制方法，其特征在于所述PWM脉宽调制产生的多路调制信号控制各级联的整流器开关管的通断。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196302A (zh) * 2017-07-19 2017-09-22 南方电网科学研究院有限责任公司 一种mmc的谐波电流抑制控制方法、系统及控制器
CN110784104A (zh) * 2019-10-08 2020-02-11 华中科技大学 一种dc-dc开关电源的pid控制电路
CN113098015A (zh) * 2021-04-20 2021-07-09 中国铁道科学研究院集团有限公司 单相整流器网侧电流低次谐波抑制方法及装置

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