RU2144729C1

RU2144729C1 - Vector method for converter control

Info

Publication number: RU2144729C1
Application number: RU98114901A
Authority: RU
Inventors: С.А. Харитонов; В.В. Машинский
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-01-20

Abstract

FIELD: power-generating system control. SUBSTANCE: method used to control systems converting DC and multiphase AC voltage to three-phase supply involves generation of control signals by comparing phase voltages of converter with standard signals generated by regulating system; prior to comparing, phase voltages are converted from three-phase coordinate system into α,β- coordinate system including separation of zero sequence; comparison and regulation are made in α,β- and zero-sequence coordinate system; control signals obtained are supplied to control unit;. Upon regulation, control signals are converted back into three-phase coordinates system and used as modulating signals of converter controlling power switches. EFFECT: improved precision of control, reduced transient time in system due to simultaneous voltage regulation in all phases. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области управления системами генерирования электрической энергии переменного тока и может быть использовано для управления устройствами, преобразующими постоянное и многофазное переменное напряжение в переменное трехфазное. The invention relates to the field of control of alternating current electric energy generation systems and can be used to control devices that convert direct and multiphase alternating voltage to three-phase alternating voltage.

Известен способ раздельного управления преобразователем (описанный в книге Л. Джюджи, Б. Пелли "Силовые полупроводниковые преобразователи частоты"), при котором управление преобразователем производится формированием необходимого сигнала регулирования с использованием раздельного управления по каждой фазе. Однако указанный способ предполагает выполнение большого количества функциональных операций, что в свою очередь приводит к потере точности управления. There is a method of separate control of the converter (described in the book by L. Giugi, B. Pelli "Power semiconductor frequency converters"), in which the converter is controlled by generating the necessary control signal using separate control for each phase. However, this method involves the implementation of a large number of functional operations, which in turn leads to a loss of control accuracy.

Кроме того, известен способ (описанный в статье Г.В. Грабовецкий, С.А. Харитонов, В. Ф. Лучкин, и др. "Исследование влияния структур и параметров регуляторов на амплитудную модуляцию выходного напряжения системы электропитания с НПЧ" - Силовые преобразователи электрической энергии: Межвуз. сб. науч. трудов/ Новосиб. электротех ин-т - Новосибирск, 1989 - С. 3-19), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в многоконтурном управления преобразователем с раздельным управлением фазами, что позволяет с большей точностью отслеживать возмущения, возникающие в процессе работы преобразователя. В прототипе сигналы управления вырабатывают сравнением фазных напряжений преобразователя с эталонными сигналами, вырабатываемыми системой регулирования, после чего полученные сигналы управления поступают в блоки регулирования каждой из фаз, а после регулирования полученные сигналы управления используют для управления силовыми ключами преобразователя. In addition, a method is known (described in the article by G.V. Grabovetsky, S.A. Kharitonov, V.F. Luchkin, and others. "Investigation of the influence of structures and parameters of regulators on the amplitude modulation of the output voltage of a power supply system with an NPF" - Power converters electric energy: Interuniversity collection of scientific works / Novosibirsk Electrotech Institute of Novosibirsk (1989, pp. 3-19), which is the prototype of the invention and consists of multi-loop control of the converter with separate phase control, which allows more accurate tracking disturbances occurring during operation of the converter. In the prototype, control signals are generated by comparing the phase voltages of the converter with the reference signals generated by the control system, after which the received control signals are sent to the control units of each phase, and after regulation, the received control signals are used to control the power switches of the converter.

Однако в указанном способе, как и предыдущем, большое количество функциональных преобразований приводит к ухудшению точности управления, кроме того, реализуемое в этом способе раздельное управление фазами преобразователя не допускает совместного регулирования фаз преобразователя, что приводит к увеличению времени переходных процессов в системе. However, in this method, as in the previous one, a large number of functional transformations leads to a deterioration in the accuracy of control, in addition, the separate control of the phases of the converter implemented in this method does not allow joint control of the phases of the converter, which leads to an increase in the time of transients in the system.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа управления, имеющего меньшее количество функциональных преобразований, вследствие чего увеличивается точность управления, и позволяющего уменьшить время переходных процессов в системе за счет одновременного регулирования напряжения во всех фазах преобразователя. The objective of the invention is to create a control method having fewer functional transformations, thereby increasing the accuracy of control, and allowing to reduce the time of transient processes in the system due to the simultaneous regulation of voltage in all phases of the converter.

Это достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, сигналы управления вырабатывают сравнением фазных напряжений преобразователя с эталонными сигналами, вырабатываемыми системой регулирования, полученные сигналы управления подают в блоки регулирования, а полученные после регулирования сигналы управления используют в качестве модулирующих сигналов преобразователя, управляющего силовыми ключами,
перед выполнением операции сравнения фазные напряжения преобразовывают из трехфазной системы координат в систему α,β- координат с выделением нулевой последовательности, сравнение и регулирование производят с сигналами в системе α,β- координат и нулевой последовательности, полученные сигналы регулирования обратно преобразовывают в трехфазную систему координат и на их основе формируют управляющие сигналы для силовых ключей преобразователя.This is achieved by the fact that in the known method, namely, the control signals are generated by comparing the phase voltages of the converter with the reference signals generated by the control system, the received control signals are fed to the control units, and the control signals obtained after the regulation are used as modulating signals of the converter controlling power keys
Before performing the comparison operation, the phase voltages are converted from the three-phase coordinate system to the α, β-coordinate system with separation of the zero sequence, the comparison and regulation are performed with the signals in the α, β-coordinates and the zero sequence, the control signals obtained are inverted to the three-phase coordinate system and based on them form the control signals for the power keys of the Converter.

На чертеже приведена одна из возможных структурных схем, реализующих предложенный способ управления. The drawing shows one of the possible structural schemes that implement the proposed control method.

Структурная схема, приведенная на чертеже, представляет собой микропроцессорную систему управления инвертором, в котором блоки 4-12 реализованы программно. The block diagram shown in the drawing is a microprocessor inverter control system in which blocks 4-12 are implemented in software.

Схема содержит:
Датчики (Д) напряжений фаз А, В, C (блоки 1-3), которые предназначены для передачи информации о напряжении нагрузки каждой из фаз в систему управления и представляют собой типичные резистивные датчики напряжения.The circuit contains:
The voltage sensors (D) of phases A, B, C (blocks 1-3), which are designed to transmit information about the load voltage of each phase to the control system and are typical resistive voltage sensors.

Схему выделения нулевой последовательности (блок 4). Это программный блок, выделяющий нулевую составляющую из фазных напряжений, которая возникает из-за "перекоса" фазных напряжений преобразователя (см. Трещеев "Электромеханические процессы в машинах переменного тока"). Эта схема реализована программно. Выделение нулевой последовательности происходит в два этапа: сначала находится нулевая последовательность, а затем ее значение вычитается из фазных напряжений. The scheme of allocation of the zero sequence (block 4). This is a program unit that extracts the zero component from phase voltages, which occurs due to a "distortion" of the phase voltage of the converter (see Trescheev "Electromechanical processes in AC machines"). This scheme is implemented in software. The selection of the zero sequence occurs in two stages: first, the zero sequence is found, and then its value is subtracted from the phase voltages.

Схему прямого преобразования координат (блок 5). Задачай этой схемы - преобразование фазных напряжений преобразователя из трехфазной системы координат А, В, С в систему α,β- координат (см. Трещеев "Электромеханические процессы в машинах переменного тока"). Схема реализована в виде программного блока. Scheme of direct coordinate transformation (block 5). The task of this scheme is to convert the phase voltage of the converter from a three-phase coordinate system A, B, C into a system of α, β coordinates (see Trescheev "Electromechanical processes in AC machines"). The scheme is implemented as a software block.

Блоки эталонных напряжении (блоки 6-8), которые необходимы при управлении преобразователем. Для приведенной схемы Uzo=0, Uza=U_mcoswt, Uzb=(-U_m)sinwt.Voltage reference blocks (blocks 6-8), which are necessary when controlling the converter. For the above scheme, Uzo = 0, Uza = U _m coswt, Uzb = (- U _m ) sinwt.

Регуляторы (блоки 9-11). Регуляторы (см. Бесекерский В.А., Попов Е.П. "Теория систем автоматического управления") в данной схеме предназначены для регулирования разностных сигналов, полученных при сравнении, в зависимости от задачи преобразователя они могут представлять собой как обыкновенные пропорциональные регуляторы (K_α,K_β,K₀), так и более сложные интегродифференциальные звенья.Regulators (blocks 9-11). Regulators (see Besekersky VA, Popov EP "Theory of automatic control systems") in this circuit are designed to control the difference signals obtained by comparison, depending on the task of the converter, they can be like ordinary proportional controllers (K _α , K _β , K ₀ ), as well as more complex integro-differential links.

Схему обратного преобразования координат (блок 11). Задачей этой схемы является преобразование полученных сигналов регулирования из системы α,β- координат в трехфазную систему А, В, C координат с учетом сигнала регулирования нулевой последовательности (см. Трещеев "Электромеханические процессы в машинах переменного тока"). Схема реализована в виде программного блока. The scheme of the inverse transformation of coordinates (block 11). The objective of this scheme is to convert the received control signals from the α, β-coordinate system to the three-phase coordinate system A, B, C, taking into account the zero-sequence control signal (see Trescheev "Electromechanical processes in AC machines"). The scheme is implemented as a software block.

ШИМ - преобразователь (блок 13). Это стандартный широтно-импульсный преобразователь с опорным пилообразным напряжением, который преобразует сигналы регулирования в импульсы управления силовыми ключами преобразователя. PWM converter (block 13). This is a standard pulse-width converter with a reference sawtooth voltage, which converts the control signals into control pulses of the power switches of the converter.

Способ осуществляется следующим образом: на вход системы управления подаются напряжения фаз А, В, C из них выделяется нулевая последовательность, после чего они преобразовываются из трехфазной системы координат в систему α,β- координат. The method is as follows: the phases A, B, C are supplied to the input of the control system, a zero sequence is extracted from them, after which they are converted from a three-phase coordinate system into a system of α, β-coordinates.

Полученные, после преобразования координат, напряжения U_β,U_α, a также напряжение нулевой последовательности U₀ сравниваются с эталонными напряжениями, и полученные сигналы ошибки поступают на входы соответствующих регуляторов. Прошедшие регулирование сигналы ошибки каналов α,β преобразовывают в трехфазную систему координат с включением в них, прошедшего регулирование, сигнала ошибки нулевой последовательности, после чего они передаются в ШИМ-модулятор, который формирует сигналы управления силовыми элементами преобразователя.Obtained, after coordinate transformation, voltages U _β , U _α , as well as zero sequence voltage U _{0 are} compared with reference voltages, and the received error signals are fed to the inputs of the respective regulators. The error signals of the channels α and β that passed the control are converted into a three-phase coordinate system with the inclusion of the zero-sequence error signal in them, which are then regulated, and then they are transmitted to the PWM modulator, which generates control signals for the power elements of the converter.

При работе в системе α,β- координат качество выходного напряжения оценивается одновременно во всех трех фазах, всего по двум параметрам U_β и U_α, в отличие от традиционных систем, в которых каждая фаза имеет свой собственный канал регулирования, тем самым уменьшается количество функциональных преобразований необходимых для выработки сигналов управления преобразователя, это свойство позволяет увеличить точность управления преобразователем.When working in the system of α, β coordinates, the quality of the output voltage is evaluated simultaneously in all three phases, in total by two parameters U _β and U _α , in contrast to traditional systems in which each phase has its own control channel, thereby reducing the number of functional transformations necessary for generating converter control signals, this property allows to increase the accuracy of converter control.

Одновременное регулирование выходного напряжения во всех трех фазах, реализуемое при векторном управлении, позволяет избежать несогласованного регулирования каждой из фаз и соответственно в некоторых случаях значительно уменьшить время переходных процессов в системе. Simultaneous regulation of the output voltage in all three phases, which is implemented by vector control, allows you to avoid inconsistent regulation of each phase and, accordingly, in some cases significantly reduce the time of transient processes in the system.

Claims

The vector control method of the converter, which consists in the fact that the control signals are generated by comparing the phase voltages of the converter with the reference signals generated by the control system, the received control signals are fed to the control units, and the control signals obtained after regulation are used as modulating signals of the converter controlling the power switches, characterized in that before performing the comparison operation, phase voltages are converted from a three-phase coordinate system inat to the α, β - coordinate system with zero sequence allocation, comparison and regulation are performed with signals in the α, β - coordinate and zero sequence system, the received control signals are inverted to a three-phase coordinate system and based on them they form control signals for power switches.