CN112311257B - 一种三相pwm整流器电流谐波抑制方法 - Google Patents

一种三相pwm整流器电流谐波抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，包括以下步骤：获取电网电压矢量角θ，找到需要抑制的谐波电流点，使用陷波器和产生PWM信号。本发明能够减少由直流端负载功率中含有的交流分量引起的交流谐波电流。

Description

一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法
技术领域
本发明涉及电力电子装置的控制方法领域，具体涉及一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法。
背景技术
三相PWM整流器属于电力电子装置，是一种受控整流器，能够实现功率在交流侧和直流侧的双向流动，具有功率因数高、谐波电流小、母线电压可控等优点，广泛应用在各类交-直-交变频器的前端整流、交-直-直电源的前端整流、静态无功补偿器以及有源滤波器中。
现有技术存在以下缺陷和不足：
三相PWM整流器提供一个母线直流电压给后级使用，当后级的负载功率中含有交流分量时，即周期性波动的功率，会引起母线功率的波动，最终以谐波电流的形式出现在整流器的交流电流中；谐波电流较大会影响电网上其它用电设备的正常使用。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三相PWM整流器电流谐波抑制方法，能够减少由直流端负载功率中含有的交流分量引起的交流谐波电流。
为实现上述目的，本发明之一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，包括以下步骤：
步骤一：获取电网电压矢量角θ：
采集三相电网电压、、，使用锁相环获得电网电压相位角并用作交流电 流并网的相位角；
步骤二：找到需要抑制的谐波电流点：
（1）对交流电流、、进行FFT分析，判断是否出现某一频率点的谐波含量较 大需要抑制，找到需要抑制的斜波频率点；
（2）对直流母线电流采样，对直流母线电压采样，得到直流端负载功率；
（3）使用FFT分析，找到幅值最大的一项，记录其频率；
（4）若=，则交流侧谐波是由直流侧功率震荡引起的，需要对频率的谐波 进行抑制；
步骤三：使用陷波器：
电压外环，直流母线电压指令与母线电压值相减，经过一个PI调节器 得出的值不再直接作为电流内环的指令电流，而是经过一个陷波频率为的二阶陷波器 后，再作为电流内环的指令电流；
步骤四：产生PWM信号：
得到电流内环的电流指令后，使用PI调节器、功率解耦策略、旋转静止坐标系变换、SVPWM调制，得到最终的PWM波。
优选地，所述步骤一中：先将、、变换到两相静止坐标系下得到、， 然后将、和电网电压矢量角送入两相旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系下电网电 压的两个直流分量、，最后将给定量=0与检测得到的电网电压分量送入软件 锁相环，相减后通过PI调节器，再加上角速度314rad/s，通过一个积分器，得到电网电压矢 量角θ。
优选地，所述步骤二（3）中使用FFT分析后，得到中的直流量和各个频率 点的幅值，在5倍电网频率以上的量中，找到幅值最大的一项，记录其频率。
优选地，所述步骤二（4）中：当=时，通过对直流侧采样值进行滤波来抑制交 流侧的谐波电流。
优选地，所述步骤三中陷波器的传递函数G(s)如下：
其中是陷波滤波器的中心频率，是陷波宽度，使用双线性变换：即可得到对应的数字陷波滤波器。
优选地，所述步骤三在使用陷波器后，持续对交流电流进行FFT分析，若想要抑制 的谐波含量仍较大，则加大，否则可适当减小。
优选地，所述步骤四中得到电流内环的电流指令后，使用PI调节器、功率解耦策 略，得到PWM参考电压、。
优选地，所述步骤四在得到PWM参考电压、后，将、经过Clark或 Park坐标变换，得到三相静止坐标系下的参考电压、、。
优选地，所述步骤四在得到三相静止坐标系下的参考电压、、后，使用 母线电压进行标幺，再经过SVPWM调制，得到最终的PWM占空比信号、、。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
本发明通过对三相PWM整流器直流负载侧功率进行分析、抑制，能够减少由直流端 负载功率中含有的交流分量引起的交流谐波电流；对电网电压矢量角θ的获取准确快速；便 于快速准确找到需要抑制的斜波频率点；
直流母线电压指令与母线电压值相减，经过一个PI调节器得出的值不 再直接作为电流内环的指令电流，而是经过一个陷波频率为的二阶陷波器后，再作为电 流内环的指令电流，有利于减少由直流端负载功率中含有的交流分量引起的交流谐波 电流。
附图说明
图1是本发明一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法的主电路拓扑图；
图2本发明一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法的电压电流控制环路示意图；
图3本发明一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法的FFT分析示意图。
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。
本发明提供一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，包括以下步骤：
步骤一：获取电网电压矢量角θ：
采集三相电网电压、、，使用锁相环获得电网电压相位角并用作交流电 流并网的相位角；
步骤二：找到需要抑制的谐波电流点：
（1）对交流电流、、进行FFT分析，判断是否出现某一频率点的谐波含量较 大需要抑制，找到需要抑制的斜波频率点；
（2）对直流母线电流采样，对直流母线电压采样，得到直流端负载功率；
（3）使用FFT分析，找到幅值最大的一项，记录其频率；
（4）若=，则交流侧谐波是由直流侧功率震荡引起的，需要对频率的谐波 进行抑制；
步骤三：使用陷波器：
电压外环，直流母线电压指令与母线电压值相减，经过一个PI调节器 得出的值不再直接作为电流内环的指令电流，而是经过一个陷波频率为的二阶陷波器 后，再作为电流内环的指令电流；
步骤四：产生PWM信号：
得到电流内环的电流指令后，使用PI调节器、功率解耦策略、旋转静止坐标系变换、SVPWM调制，得到最终的PWM波。
优选地，所述步骤一中：先将、、变换到两相静止坐标系下得到、， 然后将、和电网电压矢量角送入两相旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系下电网电 压的两个直流分量、，最后将给定量=0与检测得到的电网电压分量送入软件 锁相环，相减后通过PI调节器，再加上角速度314rad/s，通过一个积分器，得到电网电压矢 量角θ。
优选地，所述步骤二（3）中使用FFT分析后，得到中的直流量和各个频率 点的幅值，在5倍电网频率以上的量中，找到幅值最大的一项，记录其频率。
优选地，所述步骤二（4）中：当=时，通过对直流侧采样值进行滤波来抑制交 流侧的谐波电流。
优选地，所述步骤三中陷波器的传递函数G(s)如下：
其中是陷波滤波器的中心频率，是陷波宽度，使用双线性变换：即可得到对应的数字陷波滤波器。
优选地，所述步骤三在使用陷波器后，持续对交流电流进行FFT分析，若想要抑制 的谐波含量仍较大，则加大，否则可适当减小。
优选地，所述步骤四中得到电流内环的电流指令后，使用PI调节器、功率解耦策 略，得到PWM参考电压、。
优选地，所述步骤四在得到PWM参考电压、后，将、经过Clark或 Park坐标变换，得到三相静止坐标系下的参考电压、、。
优选地，所述步骤四在得到三相静止坐标系下的参考电压、、后，使用 母线电压进行标幺，再经过SVPWM调制，得到最终的PWM占空比信号、、。
通过采用上述技术方案，本发明通过对三相PWM整流器直流负载侧功率进行分析、 抑制，能够减少由直流端负载功率中含有的交流分量引起的交流谐波电流；对电网电压矢 量角θ的获取准确快速；便于快速准确找到需要抑制的斜波频率点；
直流母线电压指令与母线电压值相减，经过一个PI调节器得出的值不 再直接作为电流内环的指令电流，而是经过一个陷波频率为的二阶陷波器后，再作为电 流内环的指令电流，有利于减少由直流端负载功率中含有的交流分量引起的交流谐波 电流。
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)

1.一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：获取电网电压矢量角θ：
采集三相电网电压、、，使用锁相环获得电网电压相位角并用作交流电流并网 的相位角；
步骤二：找到需要抑制的谐波电流点：
（1）对交流电流、、进行FFT分析，判断是否出现某一频率点的谐波含量较大需要 抑制，找到需要抑制的斜波频率点；
（2）对直流母线电流采样，对直流母线电压采样，得到直流端负载功率；
（3）使用FFT分析，找到幅值最大的一项，记录其频率；
（4）若=，则交流侧谐波是由直流侧功率震荡引起的，需要对频率的谐波进行抑 制；
步骤三：使用陷波器：
电压外环，直流母线电压指令与母线电压值相减，经过一个PI调节器得出的 值不再直接作为电流内环的指令电流，而是经过一个陷波频率为的二阶陷波器后，再作 为电流内环的指令电流；
步骤四：产生PWM信号：
得到电流内环的电流指令后，使用PI调节器、功率解耦策略、旋转静止坐标系变换、SVPWM调制，得到最终的PWM波。
2.根据权利要求1所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤一中：先将、、变换到两相静止坐标系下得到、，然后将、和电网电压 矢量角送入两相旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系下电网电压的两个直流分量、， 最后将给定量=0与检测得到的电网电压分量送入软件锁相环，相减后通过PI调节 器，再加上角速度314rad/s，通过一个积分器，得到电网电压矢量角θ。
3.根据权利要求2所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤二（3）中使用FFT分析后，得到中的直流量和各个频率点的幅值，在5倍电网频率 以上的量中，找到幅值最大的一项，记录其频率。
4.根据权利要求3所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤二（4）中：当=时，通过对直流侧采样值进行滤波来抑制交流侧的谐波电流。
5.根据权利要求4所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步骤三中陷波器的传递函数G(s)如下：
其中是陷波滤波器的中心频率，是陷波宽度，使用双线性变换：即 可得到对应的数字陷波滤波器。
6.根据权利要求5所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤三在使用陷波器后，持续对交流电流进行FFT分析，若想要抑制的谐波含量仍较大，则加 大，否则可适当减小。
7.根据权利要求6所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤四中得到电流内环的电流指令后，使用PI调节器、功率解耦策略，得到PWM参考电压、。
8.根据权利要求7所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤四在得到PWM参考电压、后，将、经过Clark或Park坐标变换，得到三相静止 坐标系下的参考电压、、。
9.根据权利要求8所述的一种三相PWM整流器电流谐波抑制方法，其特征在于：所述步 骤四在得到三相静止坐标系下的参考电压、、后，使用母线电压进行标幺，再经过 SVPWM调制，得到最终的PWM占空比信号、、。
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