Pwm整流器的直接電流控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PWM整流器的直接電流控制方法，包括：電壓采樣得到有功功率、無功功率給定值；采樣整流器直流側(cè)電壓、電網(wǎng)側(cè)電壓和電網(wǎng)電流；通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)；延遲1/4周期后得到電壓、電流延遲信號(hào)；計(jì)算得到電感上消耗的有功功率和新型無功功率的交流分量；得到新的功率給定值，并計(jì)算出電流參考值；采用快速矢量選擇的模型預(yù)測直接電流控制方法跟蹤參考電流，由快速矢量選擇所得到的最優(yōu)電壓矢量進(jìn)一步得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)；本發(fā)明還公開了一種采用所述PWM整流器的直接電流控制方法的直接電流控制裝置。本發(fā)明提供的PWM整流器的直接電流控制方法及裝置，無需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，計(jì)算量小、容易實(shí)現(xiàn)、魯棒性好。
【專利說明】PWM整流器的直接電流控制方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種PWM整流器的直接電流控制方法及 裝直。

【背景技術(shù)】
[0002] 模型預(yù)測直接電流控制無需坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，具有算法簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、以及魯棒 性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛接受；而傳統(tǒng)的模型預(yù)測電流用枚舉法對(duì)最優(yōu)矢量進(jìn)行選取。隨著對(duì) 不平衡電網(wǎng)電壓情況下PWM整流器控制的深入研究，一種新型無功功率定義被提出并被廣 泛應(yīng)用到不平衡情況下PWM整流器的控制系統(tǒng)中；相對(duì)于傳統(tǒng)無功功率定義新型無功功率 定義適用范圍更為寬泛，在電網(wǎng)平衡情況下新型無功和傳統(tǒng)無功是等價(jià)的，但是在不平衡 情況下新型無功功率有更好的控制效果。文獻(xiàn)《Modeling and analysis of instantaneous active and reactive power for pwm ac/dc converter under generalized unbalanced network》把新型無功功率應(yīng)用到V0C框架，但是它依然需要對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流進(jìn)行正 負(fù)序分角軍；文獻(xiàn)〈〈Control of three-phase PWM rectifier in stationary frame under unbalanced input voltage》做了一定的改進(jìn)，不需要對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流進(jìn)行正負(fù)序 分解，但是它需要一個(gè)比例諧振器（PR)對(duì)電流進(jìn)行控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種PWM整流器的直接電流控制方法及裝置， 不需要對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流進(jìn)行正負(fù)序分解，并且完全在靜止坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)，可以增強(qiáng) 對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡的適應(yīng)性，達(dá)到和平衡電網(wǎng)下類似的運(yùn)行效果。
[0004] 基于上述目的本發(fā)明提供的PWM整流器的直接電流控制方法，包括：
[0005] 根據(jù)采樣整流器直流側(cè)電壓得到有功功率給定值，無功功率給定值設(shè)置為零，以 獲得單位功率因數(shù)運(yùn)行；
[0006] 利用電壓LEM傳感器和電流LEM傳感器采樣整流器直流側(cè)電壓、電網(wǎng)側(cè)電壓和電 網(wǎng)電流；將電網(wǎng)側(cè)電壓通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)；電 網(wǎng)側(cè)電壓和電網(wǎng)側(cè)電流延遲1/4周期后分別得到電壓延遲信號(hào)以及電流延遲信號(hào)；
[0007] 經(jīng)過計(jì)算得到控制目標(biāo)為電網(wǎng)側(cè)電流正弦、保持電網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)并且直流母 線電壓無波動(dòng)的有功功率和新型無功功率的補(bǔ)償值分別為電感上消耗的有功功率和新型 無功功率的交流分量；
[0008] 由作為功率補(bǔ)償值的電感上消耗的有功功率和新型無功功率的交流分量加上傳 統(tǒng)功率給定值得到新的功率給定值，并由新的功率給定值計(jì)算出電流參考值；
[0009] 在靜止坐標(biāo)系下，通過采樣電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值，并預(yù)測下一時(shí)刻的電流瞬時(shí)值，然 后采用快速矢量選擇的模型預(yù)測直接電流控制方法跟蹤參考電流，由快速矢量選擇所得到 的最優(yōu)電壓矢量進(jìn)一步得到六個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，所述根據(jù)采樣整流器直流側(cè)電壓得到有功功率給定值，無功 功率給定值設(shè)置為零，以獲得單位功率因數(shù)運(yùn)行的步驟中，有功功率給定值是由給定直流 電壓與PWM整流器直流側(cè)電壓之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器并乘上直流側(cè)電壓而得到。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，所述將電網(wǎng)側(cè)電壓通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電 壓信號(hào)以及電流信號(hào)；電網(wǎng)側(cè)電壓和電網(wǎng)側(cè)電流延遲1/4周期后分別得到電壓延遲信號(hào)以 及電流延遲信號(hào)的步驟中：
[0012] 通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)的計(jì)算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種PWM整流器的直接電流控制方法，其特征在于，包括： 根據(jù)采樣整流器直流側(cè)電壓得到有功功率給定值，無功功率給定值設(shè)置為零，以獲得 單位功率因數(shù)運(yùn)行； 利用電壓LEM傳感器和電流LEM傳感器采樣整流器直流側(cè)電壓、電網(wǎng)側(cè)電壓和電網(wǎng)電 流；將電網(wǎng)側(cè)電壓通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)；電網(wǎng)側(cè) 電壓和電網(wǎng)側(cè)電流延遲1/4周期后分別得到電壓延遲信號(hào)以及電流延遲信號(hào)； 經(jīng)過計(jì)算得到控制目標(biāo)為電網(wǎng)側(cè)電流正弦、保持電網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)并且直流母線電 壓無波動(dòng)的有功功率和新型無功功率的補(bǔ)償值分別為電感上消耗的有功功率和新型無功 功率的交流分量； 由作為功率補(bǔ)償值的電感上消耗的有功功率和新型無功功率的交流分量加上傳統(tǒng)功 率給定值得到新的功率給定值，并由新的功率給定值計(jì)算出電流參考值； 在靜止坐標(biāo)系下，通過采樣電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值，并預(yù)測下一時(shí)刻的電流瞬時(shí)值，然后采 用快速矢量選擇的模型預(yù)測直接電流控制方法跟蹤參考電流，由快速矢量選擇所得到的最 優(yōu)電壓矢量進(jìn)一步得到六個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接電流控制方法，其特征在于，所述根據(jù)采樣整流器直流 側(cè)電壓得到有功功率給定值，無功功率給定值設(shè)置為零，以獲得單位功率因數(shù)運(yùn)行的步驟 中，有功功率給定值是由給定直流電壓與PWM整流器直流側(cè)電壓之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器并乘上 直流側(cè)電壓而得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直接電流控制方法，其特征在于，所述將電網(wǎng)側(cè)電壓通過3/2 變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)；電網(wǎng)側(cè)電壓和電網(wǎng)側(cè)電流延遲1/4 周期后分別得到電壓延遲信號(hào)以及電流延遲信號(hào)的步驟中： 通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)的計(jì)算公式為：
其中，ea、ee分別為通過3/2變換后的α相坐標(biāo)、β相坐標(biāo)的上的電壓信號(hào)，ia、i e 分別為通過3/2變換后的a相坐標(biāo)、β相坐標(biāo)的上的電流信號(hào)； 通過3/2變換后的a相坐標(biāo)、β相坐標(biāo)的上的電壓信號(hào)進(jìn)一步通過延遲1/4周期得 到的電壓信號(hào)表達(dá)式為：
通過3/2變換后的α相坐標(biāo)、β相坐標(biāo)的上的電流信號(hào)進(jìn)一步通過延遲1/4周期得 到的電流信號(hào)表達(dá)式為：
其中Τ為一個(gè)工頻周期，對(duì)于50Hz電網(wǎng)來說為0. 02s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接電流控制方法，其特征在于，所述經(jīng)過計(jì)算得到控制目 標(biāo)為電網(wǎng)側(cè)電流正弦、保持電網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)并且直流母線電壓無波動(dòng)的有功功率和 新型無功功率的補(bǔ)償值分別為電感上消耗的有功功率和新型無功功率的交流分量的步驟 中： 電感消耗有功功率表達(dá)式為：PL = -1. 5c〇L(iai' a+iei' 0)， 電感消耗新型無功功率表達(dá)式為：^^二^^^^匕+^^^其中"為電網(wǎng)角頻率丄 為整流器交流側(cè)的每相輸入電感； 電感消耗的有功功率和新型無功功率中包含了直流分量和交流分量，為了讓變換器側(cè) 功率恒定，補(bǔ)償值應(yīng)為消耗功率中的交流分量： 電感消耗的有功功率的交流分量表達(dá)式為：
電感消耗新型無功功率的交流分量表達(dá)式為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直接電流控制方法，其特征在于，所述由作為功率補(bǔ)償值的 電感上消耗的有功功率和新型無功功率的交流分量加上傳統(tǒng)功率給定值得到新的功率給 定值，并由新的功率給定值計(jì)算出電流參考值的步驟中： 新的功率給定值表達(dá)式為：
由新的功率給定值計(jì)算所得的電流參考值表達(dá)式為：
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接電流控制方法，其特征在于，所述采用快速矢量選擇的 模型預(yù)測直接電流控制方法跟蹤參考電流，由快速矢量選擇所得到的最優(yōu)電壓矢量進(jìn)一步 得到六個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟包括： k+Ι時(shí)刻的零矢量電流瞬時(shí)值表達(dá)式為：
k+Ι時(shí)刻的非零矢量電流瞬時(shí)值表達(dá)式為：
其中：Ig = ia+jie，e = ea+jee ; 其中零矢量和給定參考電流之間的誤差表達(dá)式為：
， 其中非零矢量和給定參考電流之間的誤差表達(dá)式為：
， 由零矢量和給定參考電流之間的誤差得到最優(yōu)非零矢量所在扇區(qū)k :
J 其中，k = (1，2,3,4,5,6); 以電流矢量負(fù)值為變量，在k+Ι時(shí)刻，零矢量或非零矢量作用下，-I與給定值-If7之 間的誤差，判斷<|#"'|是否成立，以判斷選取零矢量還是非零矢量；若成立，則選擇非 零矢量為最優(yōu)矢量； 由快速矢量選擇所得到的最優(yōu)電壓矢量進(jìn)一步得到六個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)開關(guān)管 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
7. -種采用如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的PWM整流器的直接電流控制方法的PWM整 流器的直接電流控制裝置，其特征在于，包括依次連接的三相電壓源、三相濾波電感、整流 橋主電路、直流側(cè)電容、負(fù)載；以及，分別從三相電壓源輸出端及三相濾波電感輸出端進(jìn)行 電壓、電流采樣的電壓電流采樣電路，對(duì)電壓電流采樣電路的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算控制 的DSP控制器，驅(qū)動(dòng)電路； 其中，所述電壓電流采樣電路利用電壓霍爾傳感器采集三相網(wǎng)側(cè)交流電壓和整流器直 流側(cè)電壓，利用電流霍爾傳感器采集三相網(wǎng)側(cè)交流電流，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入DSP控 制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；DSP控制器完成如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的PWM整流器的直接 電流控制方法的運(yùn)算，輸出六路PWM脈沖，最后經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路得到整流器的六個(gè)開關(guān)管的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104143829SQ201410364037
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張永昌, 曲昌琦 申請人:北方工業(yè)大學(xué)