CN108134391A - 一种用于电网电压波形畸变的三相pwm整流器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于电网电压波形畸变三相PWM整流器的控制方法。本发明的特点是进行电网电压谐波成份的前馈控制。具体如下：检测三相电网电压瞬时值，利用瞬时功率变换算法，提取其中需要的单次谐波，得到电网电压中各次谐波的交流瞬时值(可以针对现场情况，进行谐波的灵活选择)，乘以幅值校正系数，前馈到控制环中，进行前馈控制。此方法实现简单，无稳定性问题，频偏不会有影响，同时可以实现最大程度的电网电压波形畸变的抑制，相较于其他控制方法，具有相当可观的应用前景。

Description

一种用于电网电压波形畸变的三相PWM整流器的控制方法
技术领域
本发明属于电力电子控制领域，涉及一种PWM整流器的控制方法。
背景技术
PWM整流器因其可以实现单位功率因数、电流正弦化的特性，同时随着全控性半导体管子成本的逐步降低，其相对于不控整流或半控整流的优势越来越明显。随着经济的发展，电网中敏感性负载的增加，无论是送电端、还是用电端，都对电网的品质有了更加高的要求，在这方面也进一步推进了PWM整流器的推广。
但是PWM整流器也存在其的一些问题，例如在电网电压波形畸变的情况下，由于大功率PWM整理器的带宽有限，鲁棒性较差，其的并网电流会发生畸变，进而畸变率超标，污染电网。例如在电网电压存在不平衡时，直流母线存在100Hz的波动，此波动会引起并网电流的畸变。当前的研究，较为有效的方法不多。一类是想法设法提高开环增益，增强鲁棒性。另一类是添加低次谐波的PR谐振器提高低次的开环增益，抑制入网电流的畸变，但是当电网频率发生变化时，PR谐振器的效果就会大打折扣。
发明内容
本发明的目的在于解决电网电压波形畸变情况下的入网电流畸变问题，同时希望实现最大电网电压畸变情况下稳定、高性能的运行。
本发明的技术方案如下：
相比现有技术，本发明进行了电网电压谐波成份的前馈控制。具体如下：检测三相电网电压瞬时值，利用瞬时功率变换算法，提取其中需要的单次的谐波，得到电网电压中各次谐波的交流瞬时值(可以针对现场情况，进行谐波的灵活选择)，乘以幅值校正系数，前馈到控制环中，进行前馈控制。
为了较好地发挥本发明控制方法的效果，进一步设置PWM整流器拓扑结构：直流侧采用电解电容进行母线电压支撑，变流器采用电压型逆变器，网侧采用LCL的滤波方式与电网进行连接，通过有效的控制实现单位功率因数和并网电流的正弦化。
本发明的具体实现环节如下：
a.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用软锁相算法对电网的相角进行锁相，得到电网角度φ。
b.母线电压环，因为是直流目标量控制，采用常规的PI调节器进行母线电压的闭环控制。
c.b的输出作为有功轴的分量，无功轴分量赋值为0，进行DQ/ABC坐标系的变换，得到三相有功指令Iap、Ibp、Icp。
d.采样三相电感电流瞬时值Ia、Ib、Ic，c中得到的Iap、Ibp、Icp与Ia、Ib、Ic分别利用P调节器进行闭环控制，得到三相调制波。
e.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用瞬时功率变换算法提取其中需要的各次谐波的电压幅值。具体可以是：先利用ABC/DQ坐标系变换得到DQ轴信息，利用滑动平均滤波进行滤波，得到直流分量，再利用DQ/ABC坐标系变换得到各次谐波电压的三相电压瞬时值Unar、Unbr、Uncr。
f.e所得各次谐波电压的三相瞬时值，进行幅值校正k，作为前馈量与d所得调制波进行叠加。
g.f所得量值经过ABC/αβ坐标系变化，得到α、β轴分量，输入给SVPWM模块，得到三相PWM波驱动逆变器的开关管的动作，实现整个系统的控制运行。
本发明具有以下有益效果：
本发明进行电网电压谐波成份的前馈控制，实现简单，无稳定性问题，频偏不会有影响，同时可以实现最大程度的电网电压波形畸变的抑制，相较于其他控制方法，具有相当可观的应用前景。
附图说明
图1是本发明的主电路拓扑结构示意图。
图2是本发明控制方法的控制框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步详细说明：
如图1所示为PWM整流器拓扑结构：直流侧采用电解电容进行母线电压支撑，变流器采用电压型逆变器，网侧采用LCL的滤波方式与电网进行连接，通过有效的控制实现单位功率因数和并网电流的正弦化。
本发明的三相PWM整流器的控制方法实现如图2所示。
a.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用软锁相算法对电网的相角进行锁相，得到电网角度φ。。
b.母线电压环，因为是直流目标量控制，采用常规的PI调节器进行母线电压的闭环控制。
采用防积分饱和的PI调节器；其算法如下：
U＝Rk-1+Kp*ek
umax(U＞umax)
uk＝umin(U≤umax)
U
Rk＝Rk-1+KI*ek+Kc(uk-U)
其中Kc为积分饱和修正系Kp＝3.0，KI＝0.1。
c.b的输出作为有功轴的分量，无功轴分量赋值为0，进行DQ/ABC坐标系的变换，得到三相有功指令Iap、Ibp、Icp。
变换公式如下：
其中，
其中，
d.采样三相电感电流瞬时值Ia、Ib、Ic，c中得到的Iap、Ibp、Icp与Ia、Ib、Ic分别利用P调节器进行闭环控制，得到三相调制波。
e.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用瞬时功率变换算法提取其中需要的各次谐波的电压幅值(不同的现场，可以灵活的选择几种谐波的电压前馈)。具体：先利用ABC/DQ坐标系变换得到DQ轴信息，利用滑动平均滤波进行滤波，得到直流分量，再利用DQ/ABC坐标系变换得到各次谐波电压的三相电压瞬时值Unar、Unbr、Uncr。
利用滑动平均滤波器进行直流分量的提取，滑动平均滤波器具有响应速度快，无超调的优点，其的差分表达式为：
其中N为采样频率相对基波对应的点数，x(i)为有功轴或无功轴的瞬时值。
图2中ABC/DQ矩阵即为CdqC32
其中，
图2中DQ/ABC矩阵即为
其中，
f.e所得各次谐波电压的三相瞬时值，进行幅值校正k，作为前馈量与d所得调制波进行叠加。
K值的取值，因系统的差异存在差异，主要是为了修正检测误差、分析误差、跟踪误差。K取1.1。
g.f所得量值经过ABC/αβ坐标系变化，得到α、β轴分量，输入给SVPWM模块，得到三相PWM波驱动逆变器的开关管的动作，实现整个系统的控制运行。

Claims (4)

1.一种用于电网电压波形畸变的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：进行电网电压谐波成份的前馈控制，包括以下环节：
检测三相电网电压瞬时值；
针对现场情况，利用瞬时功率变换算法提取需要的单次谐波，得到电网电压中各次谐波的交流瞬时值；
将各次谐波的交流瞬时值乘以幅值校正系数，前馈到控制环中，进行前馈控制。
2.根据权利要求1所述的用于电网电压波形畸变的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：所述三相PWM整流器的拓扑结构为：直流侧采用电解电容进行母线电压支撑，变流器采用电压型逆变器，网侧采用LCL的滤波方式与电网进行连接。
3.根据权利要求1所述的用于电网电压波形畸变的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于，具体通过以下环节实现：
a.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用软锁相算法对电网的相角进行锁相，得到电网角度φ；
b.采用PI调节器进行母线电压的闭环控制；
c.母线电压环的输出作为有功轴的分量，无功轴分量赋值为0，进行DQ/ABC坐标系的变换，得到三相有功指令Iap、Ibp、Icp；
d.采样三相电感电流瞬时值Ia、Ib、Ic，将环节c得到的Iap、Ibp、Icp与Ia、Ib、Ic分别利用P调节器进行闭环控制，得到三相调制波；
e.采样三相电网电压的瞬时值Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)，利用瞬时功率变换算法提取其中需要的各次谐波的三相电压瞬时值；
f.对环节e所得各次谐波的三相电压瞬时值，乘以幅值校正系数k，作为前馈量与环节d所得三相调制波进行叠加；
g.环节f所得量值经过ABC/αβ坐标系变化，得到α、β轴分量，输入给SVPWM模块，以实现整个系统的控制运行。
4.根据权利要求3所述的用于电网电压波形畸变的三相PWM整流器的控制方法，其特征在于：环节e具体是：先利用ABC/DQ坐标系变换得到DQ轴信息，利用滑动平均滤波进行滤波，得到直流分量，再利用DQ/ABC坐标系变换得到各次谐波电压的三相电压瞬时值Unar、Unbr、Uncr。
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