CN112290814B - 一种使用隔离变压器并网的三相pwm整流器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，包括隔离变压器参数识别，交流电流并网相角、幅值获取和PWM信号控制步骤。本发明能解决交流侧仅使用隔离变压器连接电网时，整流器并网电流幅值、相位精确控制问题，能在不增加硬件的情况下，使得常见的使用交流滤波电感并网的三相PWM整流器，也能使用隔离变压器进行并网。

Description

一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子的并网设备控制方法领域，具体涉及一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法。
背景技术
三相PWM整流器可对三相交流电进行整流，从而获得一个稳定的直流母线电压提供给后级电路使用。其使用全控型器件来控制电路的通断，具有输入电流正弦性好、单位功率因数高、能量可实现双向流动、整流后的直流母线电压可调等特点。
在交-直-交变频器、交-直-直电源等设备中，往往使用三相PWM整流器作为前级，来为后级提供直流母线电压。
三相PWM整流器电网侧输出端，需要使用交流滤波电感对输出电流进行滤波，从而提高输出电流的正弦度、降低电流的谐波含量；在需要将直流母线与电网电压进行隔离的场合，常在三相PWM整流器与电网电压之间再增加一个隔离变压器进行隔离。
现有技术的缺陷和不足：
交流滤波电感、隔离变压器随着设备容量和电流的上升，体积会越来越大，且价格也随之大幅上升。若适当增大变压器副边漏感用作三相PWM整流器的交流滤波电感，既能提供足够的交流电感量，又减小了整套设备的体积、节省了成本，但此时也需要相应地改变PWM整流器的控制方法。
常见三相PWM整流器通过检测交流电感靠近电网侧的电网电压、输出交流电流，来实现交流电流与电网电压的相位同步。将隔离变压器副边漏感增大，用来充当整流器交流滤波电感，原有的交流滤波电感不再单独存在，将导致三相PWM整流器的常见控制方法不再适用。因为此时，交流滤波电感电网侧的电压无法采集；采样到的交流电流为变压器副边电流，不等于变压器原边的实际并网电流。
常见三相PWM整流器控制方法，无法在不增加硬件设备的情况下，实现电网电压与交流电流相位、幅值的精确控制，无法实现高功率因数整流，是故亟待改善。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，能解决交流侧仅使用隔离变压器连接电网时，整流器并网电流幅值、相位精确控制问题，能在不增加硬件的情况下，使得常见的使用交流滤波电感并网的三相PWM整流器，也能使用隔离变压器进行并网。
为实现上述目的，本发明之一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，包括以下步骤：
步骤一：隔离变压器参数识别：
（1）采样隔离变压器原边电压、、，变换到两相静止坐标系下得到、；
（2）由、计算得到变压器原边电压相角以及原边电压幅值U；
（3）确保三相PWM整流器后端的断路器QF1断开，三相PWM整流器处于空载状态；
（4）采样隔离变压器副边电压、、，变换到两相静止坐标系下得到、；
（5）由、计算得到变压器副边电压相角以及电压幅值V；
（6）得到变压器原、副边的相位差 = 以及变压器原、副边的变比N = U/V；
步骤二：交流电流并网相角、幅值获取：
（1）由于使用变压器副边漏感作为交流滤波电感使用，此漏感值在交流电流较大时，漏感上产生的电压不可忽略；
（2）实时测量、、得到变压器原边电压相角，使用（）作为 交流电流并网相角；
（3）实时测量交流电流、、，以（）作为d轴定向，变换到旋转坐标 系中，获得、；
（4）使用*N、*N作为折算的原边d轴电流、q轴电流幅值；
步骤三：PWM信号控制：
（1）母线参考电压减去采样母线电压，经过一个PI调节器，得到交流电 流有功指令；
（2）交流电流无功指令设为0；
（3）交流电流有功指令减去变压器原边交流电流d轴分量*N，经过PI调节器， 并经过dq轴解耦，得到调制电压，交流电流无功指令减去变压器原边交流电流q轴 分量*N，经过PI调节器，并经过dq轴解耦，得到调制电压；
（4）以（）作为定向相角，将、转换到三相静止坐标系，得到三 相调制电压、、；
（5）将调制电压、、除以实时采样的母线电压进行标幺化，然后再 经过SVPWM调制，得到三相占空比、、；
（6）根据占空比、、和PWM频率，得到PWM脉宽信号。
优选地，所述步骤一（1）中的变换方法为Clark变换。
优选地，所述步骤一（2）中对、，使用Park变换得到、，以为0定向， 经过锁相环得到电网相角。
优选地，所述步骤一（2）中U = 。
优选地，使用变压器副边漏感、、作为交流滤波电感使用，所述步骤一（3） 状态下、、流过的电流、、很小，因此电感上的压降也很小，可忽略不计，此时 电压、、近似等于、、。
优选地，所述步骤一（4）中的变换方法为Clark变换。
优选地，所述步骤一（5）中对、，使用Park变换得到、，以为0定向， 经过锁相环得到电网相角。
优选地，所述步骤一（5）状态下，变压器原边电压幅值近似E = 。
优选地，所述步骤二（3）中、、，经过Clark变换得到、，再以（） 作为d轴定向，经过Park变换到旋转坐标系中，获得、。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
利用隔离变压器副边漏感来充当交流滤波电感，不再使用独立的交流滤波电感， 由于使用变压器副边漏感作为交流滤波电感使用，一般选用变压器时会选择副边漏感较大 的变压器，断路器QF1闭合，负载功率增大，交流电流、、较大时，漏感上产生的电压不 可忽略，三相整流器并网需要使用、、的电压作为交流电流的参考，但是、、电压在变压器内部，无法直接采样得到，因此需要由、、进行推算； 三相PWM整 流器的控制目标是得到想要的母线电压值，并保持稳定，因为交流侧需要保持功率因数为 1，不能发出无功功率，因此交流电流无功指令设为0；在使用隔离变压器连接电网，且变 压器副边漏感当作交流滤波电感使用的情况下，通过使用本发明新的控制方法，使得三相 PWM整流器在此情况下也能够保证输出电流与电网电压相位一致，保证了三项PWM的高功率 因数；充分利用了变压器副边漏感来作为交流连接电感，免去了购买独立交流电感的成本， 并且保持了较低的谐波电流；
能解决交流侧仅使用隔离变压器连接电网时，整流器并网电流幅值、相位精确控制问题，能在不增加硬件的情况下，使得常见的使用交流滤波电感并网的三相PWM整流器，也能使用隔离变压器进行并网。
附图说明
图1是本发明一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法的主电路拓扑图；
图2本发明一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法的控制方法示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，包括以下步骤：
步骤一：隔离变压器参数识别：
（1）采样隔离变压器原边电压、、，变换到两相静止坐标系下得到、；
（2）由、计算得到变压器原边电压相角以及原边电压幅值U；
（3）确保三相PWM整流器后端的断路器QF1断开，三相PWM整流器处于空载状态；
（4）采样隔离变压器副边电压、、，变换到两相静止坐标系下得到、；
（5）由、计算得到变压器副边电压相角以及电压幅值V；
（6）得到变压器原、副边的相位差 = 以及变压器原、副边的变比N = U/V；
步骤二：交流电流并网相角、幅值获取：
（1）由于使用变压器副边漏感作为交流滤波电感使用，此漏感值在交流电流较大时，漏感上产生的电压不可忽略；
（2）实时测量、、得到变压器原边电压相角，使用（）作为 交流电流并网相角；
（3）实时测量交流电流、、，以（）作为d轴定向，变换到旋转坐标 系中，获得、；
（4）使用*N、*N作为折算的原边d轴电流、q轴电流幅值；
步骤三：PWM信号控制：
（1）母线参考电压减去采样母线电压，经过一个PI调节器，得到交流电 流有功指令；
（2）交流电流无功指令设为0；
（3）交流电流有功指令减去变压器原边交流电流d轴分量*N，经过PI调节器， 并经过dq轴解耦，得到调制电压，交流电流无功指令减去变压器原边交流电流q轴 分量*N，经过PI调节器，并经过dq轴解耦，得到调制电压；
（4）以（）作为定向相角，将、转换到三相静止坐标系，得到三 相调制电压、、；
（5）将调制电压、、除以实时采样的母线电压进行标幺化，然后再 经过SVPWM调制，得到三相占空比、、；
（6）根据占空比、、和PWM频率，得到PWM脉宽信号。
优选地，所述步骤一（1）中的变换方法为Clark变换。
优选地，所述步骤一（2）中对、，使用Park变换得到、，以为0定向， 经过锁相环得到电网相角。
优选地，所述步骤一（2）中U = 。
优选地，使用变压器副边漏感、、作为交流滤波电感使用，所述步骤一（3） 状态下、、流过的电流、、很小，因此电感上的压降也很小，可忽略不计，此时 电压、、近似等于、、。
优选地，所述步骤一（4）中的变换方法为Clark变换。
优选地，所述步骤一（5）中对、，使用Park变换得到、，以为0定向， 经过锁相环得到电网相角。
优选地，所述步骤一（5）状态下，变压器原边电压幅值近似E = 。
优选地，所述步骤二（3）中、、，经过Clark变换得到、，再以（） 作为d轴定向，经过Park变换到旋转坐标系中，获得、。
通过采用上述技术方案，利用隔离变压器副边漏感来充当交流滤波电感，不再使 用独立的交流滤波电感，由于使用变压器副边漏感作为交流滤波电感使用，一般选用变压 器时会选择副边漏感较大的变压器，断路器QF1闭合，负载功率增大，交流电流、、较 大时，漏感上产生的电压不可忽略，三相整流器并网需要使用、、的电压作为交流 电流的参考，但是、、电压在变压器内部，无法直接采样得到，因此需要由、、进行推算； 三相PWM整流器的控制目标是得到想要的母线电压值，并保持稳定，因为交 流侧需要保持功率因数为1，不能发出无功功率，因此交流电流无功指令设为0；在使用 隔离变压器连接电网，且变压器副边漏感当作交流滤波电感使用的情况下，通过使用本发 明新的控制方法，使得三相PWM整流器在此情况下也能够保证输出电流与电网电压相位一 致，保证了三项PWM的高功率因数；充分利用了变压器副边漏感来作为交流连接电感，免去 了购买独立交流电感的成本，并且保持了较低的谐波电流；
能解决交流侧仅使用隔离变压器连接电网时，整流器并网电流幅值、相位精确控制问题，能在不增加硬件的情况下，使得常见的使用交流滤波电感并网的三相PWM整流器，也能使用隔离变压器进行并网。
综上所述，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (9)

1.一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：隔离变压器参数识别：
（1）采样隔离变压器原边电压、、，变换到两相静止坐标系下得到、；
（2）由、计算得到变压器原边电压相角以及原边电压幅值U；
（3）确保三相PWM整流器后端的断路器QF1断开，三相PWM整流器处于空载状态；
（4）采样隔离变压器副边电压、、，变换到两相静止坐标系下得到、；
（5）由、计算得到变压器副边电压相角以及电压幅值V；
（6）得到变压器原、副边的相位差 = 以及变压器原、副边的变比N = U/ V；
步骤二：交流电流并网相角、幅值获取：
（1）由于使用变压器副边漏感作为交流滤波电感使用，此漏感值在交流电流较大时，漏感上产生的电压不可忽略；
（2）实时测量、、得到变压器原边电压相角，使用：作为交流电 流并网相角；
（3）实时测量交流电流、、，以（）作为d轴定向，变换到旋转坐标系中， 获得、；
（4）使用*N、*N作为折算的原边d轴电流、q轴电流幅值；
步骤三：PWM信号控制：
（1）母线参考电压减去采样母线电压，经过一个PI调节器，得到交流电流有 功指令；
（2）交流电流无功指令设为0；
（3）交流电流有功指令减去变压器原边交流电流d轴分量*N，经过PI调节器，并经 过dq轴解耦，得到调制电压，交流电流无功指令减去变压器原边交流电流q轴分量*N，经过PI调节器，并经过dq轴解耦，得到调制电压；
（4）以（）作为定向相角，将、转换到三相静止坐标系，得到三相调制 电压、、；
（5）将调制电压、、除以实时采样的母线电压进行标幺化，然后再经过 SVPWM调制，得到三相占空比、、；
（6）根据占空比、、和PWM频率，得到PWM脉宽信号。
2.根据权利要求1所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征在于：所述步骤一（1）中的变换方法为Clark变换。
3.根据权利要求2所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征 在于：所述步骤一（2）中对、，使用Park变换得到、，以为0定向，经过锁相环得 到电网相角。
4.根据权利要求3所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征 在于：所述步骤一（2）中U = 。
5.根据权利要求4所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征 在于：使用变压器副边漏感、、作为交流滤波电感使用，所述步骤一（3）状态下、 、流过的电流、、很小，因此电感上的压降也很小，可忽略不计，此时电压、、 近似等于、、。
6.根据权利要求5所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征在于：所述步骤一（4）中的变换方法为Clark变换。
7.根据权利要求6所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征 在于：所述步骤一（5）中对、，使用Park变换得到、，以为0定向，经过锁相环得 到电网相角。
8.根据权利要求7所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征 在于：所述步骤一（5）状态下，变压器原边电压幅值近似E = 。
9.根据权利要求8所述的一种使用隔离变压器并网的三相PWM整流器控制方法，其特征 在于：所述步骤二（3）中、、，经过Clark变换得到、，再以（）作为d轴定 向，经过Park变换到旋转坐标系中，获得、。
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