[发明专利]电压不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种不平衡电网电压下电压型PWM整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别是一种电压不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制方法。

背景技术

三相电压型脉宽调制整流器在静止无功补偿、高压直流输电、有源电力滤波、电气传动和可再生能源并网发电等领域得到广泛应用。在电网正常情况下，整流器能够实现单位功率因数运行且输出平稳的直流母线电压。然而，在电网电压不对称故障引起电网三相电压不平衡时，基于电压三相平衡条件设计的PWM整流器输入无功功率将出现二倍频谐波，不能实现单位功率因数运行；输出有功功率将出现二倍频谐波，导致直流母线电压产生二倍频波动。

针对电网电压不对称故障下三相PWM整流器的控制，国内外学者均开展了相关研究并取得了一定的研究成果。有学者提出建立两个分别实施在正、反转同步旋转坐标系中的电流控制器对正、负序电流进行独立控制的正、负序双电流环控制策略。有学者提出由功率桥输入侧功率求取正、负序电流的方法，此方法可以获得较为稳定的输出功率，抑制直流母线电压波动。以上方法中，控制器均需要实施在同步旋转坐标系，并需要对正、负序分量进行分解。为了提高三相PWM整流器的响应速度，可在电流环外对正、负序电流参考值进行计算，有学者根据计算得到的正、负序电流给定值，在两相静止坐标系中采用比例-谐振控制器对正、负序电流统一进行调节。此方法虽然避免了电流内环中的正、负序计算，但是为了计算正、负序电流给定值，必须对系统中各分量进行正、负序分解，增加了控制方案的运算量。另外，该方法不能实现系统的单位功率因数运行。

因此，有必要设计一种电网电压不对称故障下PWM整流器的控制方法，使得控制系统运行时，不需要正、负序分解又可以对PWM整流器的输出功率脉动进行直接补偿，保持恒定的直流母线电压，同时，系统能够实现单位功率因数运行，有效提高电网电压不对称故障条件下整流器的输入输出品质。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种电压不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制方法，该方法不需要正、负序分解计算，并通过对PWM整流器的输入输出功率脉动进行直接补偿，实现系统单位功率因数运行和稳定的直流母线电压，保证系统输入输出品质。

本发明的技术方案为：一种电压不对称故障下PWM整流器输入输出功率谐振控制方法，其特征在于包括以下步骤：(l)、检测三相电网电压，三相输入电流和直流侧电压，并通过锁相环检测电网电压旋转角速度和位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经3/2变换模块得到两相静止坐标下的电网电压和输入电流；(3)、将两相静止坐标下的电网电压和输入电流以电网电压位置角进行Park变换，得到同步旋转坐标下d、q轴电网电压和输入电流；(4)、根据上一时刻输出电压以及两相旋转坐标下的电网电压和输入电流计算系统输入无功功率和输出有功功率；(5)、将系统输出有功功率、输入无功功率二倍频脉动给定值分别与步骤(4)得到的系统输出有功功率和输入无功功率实际值做差，分别经过比例谐振控制器1、比例谐振控制器2并通过补偿电压计算分别得到输出有功功率和输入无功功率二倍频补偿项；(6)、将直流侧电压给定值与步骤(1)得到的直流侧电压实际值的差经过PI控制器1后，计算得到旋转坐标系下d轴电流的给定值；(7)、将步骤(6)中计算得到的旋转坐标系下d轴电流的给定值与步骤(3)所计算得到的旋转坐标系下的d轴电流相减，然后经过PI控制器2计算得到旋转坐标系下d轴输出电压值，设q轴电流给定值为0，其与步骤(3)所计算得到的q轴电流相减，然后经过PI控制器3计算得到旋转坐标系下q轴输出电压值，将d、q轴输出电压值经过解耦补偿计算得到旋转坐标系下d、q轴电压参考值；(8)、将旋转坐标系下d、q轴电压参考值经过补偿电压计算，再分别与步骤(5)得到的二倍频补偿项相加，以电网电压位置角为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电压，该电压信号经过空间矢量脉宽调制后，产生控制功率器件的开关信号。

作为进一步的实施方式，步骤(5)中所述比例谐振控制器的角速度ω_o设置为二倍电网电压同步旋转角速度2ω_g，其频域表达式为：

本发明控制方法在电网电压不对称故障情况下，不需要对系统中的正、负序分量进行计算和分解，能够对PWM整流器的输入无功功率和输出有功功率脉动进行直接补偿，实现系统的单位功率因数运行和直流母线电压的稳定控制，保证了系统的输入输出品质。算法简单，容易实现。

附图说明