CN110138190A - 一种四象限变流器的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四象限变流器的控制方法,属于电气设备控制技术领域,其特征在于,包括以下步骤:a、对四象限变流器的输出电压进行采样;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样;b、根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;d、调整载波相位预设值,生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。本发明能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,有效实现消除四象限变流器电路中的直流偏置,具有注入谐波小、安全可靠性高、动态响应好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到电气设备控制技术领域,尤其涉及一种四象限变流器的控制方法。
背景技术
四象限变流器是指将交流电变换成直流电的一种新型整流器。由交流侧的线路电抗器、电力电子器件与二极管反并联组成的单相桥式整流电路以及直流侧的支撑电容、电容与电感二次谐波滤波电路构成。每个桥臂电力电子器件的开关可采用三角形载波与正弦形调制波的交点来加以控制。通常,四象限脉冲整流器后接逆变器-异步电动机,用于交-直-交流传动电力机车,适合于经常需要牵引、再生制动的调速系统,通过控制它能保持系统中间环节电压恒定,使功率因数接近1,且电流波形接近正弦。
四象限变流器,因其能量可以双向流动,输出直流电压恒定,输入功率因数高,谐波含量小,被广泛地应用在对于电能质量要求较高的工业变流器上。目前对四象限变流器的控制主要采用电压外环电流内环的双闭环 结构,包括电压控制器和电流控制器,电压外环电流内环的双闭环结构在应用到一个功率较大的四象限变流器上时,由于输入电流谐波量相对较高,正弦度不好,输入功率因数相对较低;尤其是在开关器件的特性不高而导致四象限变流器的开关频率较低的情况下,输入波形的正弦度更差。
公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献公开了一种四象限变流器的控制装置,其特征在于,包括:电压采样模块,与四象限变流器组的输出相连,所述电压采样模块用于对所述四象限变流器组的输出电压进行采样,生成电压采样信号,其中,所述四象限变流器组包括输出并联的至少两个四象限变流器;至少两个电流采样模块,每个所述电流采样模块分别与一个所述四象限变流器的输入相连,所述电流采样模块用于对所述四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;电压控制模块,与所述电压采样模块相连,所述电压控制模块用于根据给定电压和所述电压采样信号生成第一电流指令,根据所述第一电流指令和采集到的电网相位生成第二电流指令;至少两个电流控制模块,每个所述电流控制模块分别与所述电压控制模块和一个所述电流采样模块相连,所述电流控制模块用于根据所述第二电流指令和所述电流采样信号生成调制电压指令;至少两个脉宽调制模块,每个所述脉宽调制模块分别与一个所述电流控制模块和一个所述四象限变流器相连,所述脉宽调制模块用于调整载波相位预设值,根据所述载波相位预设值和所述调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至所述四象限变流器,其中,各所述脉宽调制模块对应的所述载波相位预设值不同。
该专利文献公开的四象限变流器的控制装置,能够使多个四象限变流器的输入电流中的特定次谐波相互抵消,以降低输入谐波含量,提高功率因数,但是,仅考虑对变流器功率因数的控制,然而,在实际应用中,由于四象限变流器开关管的死区时间的存在,其控制系统输出的脉冲调制信号的正负半周是不完全对称的,从而在四象限变流器主电路中产生直流电压分量,在牵引变压器的副边绕组中引入了直流偏置电压,直流偏置电压会使得牵引变压器产生磁饱和而发生直流偏磁现象。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷,提供一种四象限变流器的控制方法,本发明通过积分控制来消除稳态误差,能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,从而有效实现消除四象限变流器电路中的直流偏置,具有注入谐波小、安全可靠性高、动态响应好的特点。
本发明通过下述技术方案实现:
一种四象限变流器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上具体是指将积分控制处理后的直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上。
所述步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电压外环控制获得,具体是指通过电流给定模糊控制器获得经低通滤波后的电压,并根据模糊控制逻辑和直流指令电压的大小确定有功电流指令值。
所述步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电流内环控制获得,具体是指
对电压和电流进行带通滤波,滤波后的电压再进行计算电网电压相位角,滤波后的电流则通过坐标变换得到交流中压电侧电流有功分量和无功分量,将功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较,得到调制波指令值。
本发明的有益效果主要表现在以下方面:
1、本发明,“a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器”,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,通过积分控制来消除稳态误差,能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,从而有效实现消除四象限变流器电路中的直流偏置,具有注入谐波小、安全可靠性高、动态响应好的特点。
2、本发明,步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,进而避免变流器出现直流偏磁问题。
3、本发明,步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电流内环控制获得,具体是指对电压和电流进行带通滤波,滤波后的电压再进行计算电网电压相位角,滤波后的电流则通过坐标变换得到交流中压电侧电流有功分量和无功分量,将功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较,得到调制波指令值,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,通过对变流器中变压器磁偏差进行控制,可有效避免出现直流偏磁,且谐波小,提高了动态响应。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明:
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
实施例1
一种四象限变流器的控制方法,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
“a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器”,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,通过积分控制来消除稳态误差,能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,从而有效实现消除四象限变流器电路中的直流偏置,具有注入谐波小、安全可靠性高、动态响应好的特点。
实施例2
一种四象限变流器的控制方法,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理。
实施例3
一种四象限变流器的控制方法,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上具体是指将积分控制处理后的直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上。
步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,进而避免变流器出现直流偏磁问题。
实施例4
一种四象限变流器的控制方法,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上具体是指将积分控制处理后的直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上。
所述步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电压外环控制获得,具体是指通过电流给定模糊控制器获得经低通滤波后的电压,并根据模糊控制逻辑和直流指令电压的大小确定有功电流指令值。
实施例5
一种四象限变流器的控制方法,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理。
所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上具体是指将积分控制处理后的直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上。
所述步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电流内环控制获得,具体是指
对电压和电流进行带通滤波,滤波后的电压再进行计算电网电压相位角,滤波后的电流则通过坐标变换得到交流中压电侧电流有功分量和无功分量,将功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较,得到调制波指令值。
“a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器”,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,通过积分控制来消除稳态误差,能够使获取的直流偏置电压值更加准确稳定,从而有效实现消除四象限变流器电路中的直流偏置,具有注入谐波小、安全可靠性高、动态响应好的特点。
步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电流内环控制获得,具体是指对电压和电流进行带通滤波,滤波后的电压再进行计算电网电压相位角,滤波后的电流则通过坐标变换得到交流中压电侧电流有功分量和无功分量,将功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较,得到调制波指令值,较公开号为CN 103138543A,公开日为2013年06月05日的中国专利文献而言,通过对变流器中变压器磁偏差进行控制,可有效避免出现直流偏磁,且谐波小,提高了动态响应。
Claims (5)
1.一种四象限变流器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、对四象限变流器的输出电压进行采样,生成电压采样信号;采集电网相位;对四象限变流器的输入电流进行采样,生成电流采样信号;
b、获取电流采样信号的电流平均值对应的直流偏置电压,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上,得到采样直流电压;根据预设直流电压和采样直流电压获取调整信号;
c、通过磁偏差感测器获取磁偏差输出,将磁偏差给定减去磁偏差输出得到磁偏差误差,经比例积分环节获得四象限变流器输出电流预给定分量;四象限变流器输出直流电压给定,将直流电压给定减去直流电压,得到直流输出电压误差;直流输出电压误差经比例积分环节获得变压器输出电流预给定分量;
d、调整载波相位预设值,根据载波相位预设值、变压器输出电流预给定分量和调制电压指令生成脉冲宽度调制信号并输出至四象限变流器。
2.根据权利要求1所述的一种四象限变流器的控制方法,其特征在于:所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号之前,先将直流偏置电压进行消除稳态误差的积分控制处理。
3.根据权利要求2所述的一种四象限变流器的控制方法,其特征在于:所述步骤b中,将直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上具体是指将积分控制处理后的直流偏置电压的负值叠加在电压采样信号上。
4.根据权利要求1所述的一种四象限变流器的控制方法,其特征在于:所述步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电压外环控制获得,具体是指通过电流给定模糊控制器获得经低通滤波后的电压,并根据模糊控制逻辑和直流指令电压的大小确定有功电流指令值。
5.根据权利要求1所述的一种四象限变流器的控制方法,其特征在于:所述步骤d中,脉冲宽度调制信号通过电流内环控制获得,具体是指对电压和电流进行带通滤波,滤波后的电压再进行计算电网电压相位角,滤波后的电流则通过坐标变换得到交流中压电侧电流有功分量和无功分量,将功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较,得到调制波指令值。
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