[发明专利]一种具有快速功率响应能力的定频直接功率PWM变换器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及风力发电及并网功率变换装置控制领域，特别是一种具有快速功率响应能力的定频直接功率PWM变换器控制方法。

背景技术

由于不可再生能源减少、电力紧张、环境污染日益严重，新能源技术的研究引起了全球各国的广泛关注。PWM变换器具有功率因数高、输入电流谐波含量少、直流侧电压恒定和功率可双向流动等优点，在风力发电发电、交流传动、有源滤波等领域得到了广泛应用。

目前，对PWM变换器控制策略的研究主要分为直接电流控制和直接功率控制。直接功率控制以控制算法简单、动态性能好、效率高、鲁棒性好等优点得到国内外众多学者的关注。传统的直接功率控制依靠滞环控制器经开关表来控制功率开关器件，使得开关频率不固定，控制系统难以实现。因此恒频直接功率控制成为此类控制策略中的研究热点。

当变换器的负载发生扰动或者负荷发生较大变化时，PWM变换器交直流两侧的功率产生了较大的不平衡。特别是在短时间内功率大量过剩的情况下，可能造成直流侧电压的过冲，严重时会烧毁用电设备，造成财产损失。为了提高性能，很多学者在直接电流控制方法的基础上提出了改进方法。但在恒频直接功率控制策略中，对提高功率快速响应能力的改进方法尚不多见。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提出了一种改进的定频直接功率控制方法，该方法可以有效地提高功率的动态响应能力，使整流和逆变过程具有近乎相同的能量传递速度。

为了实现上述技术要求，本发明采用的技术方案是：一种具有快速功率响应能力的定频直接功率PWM变换器控制方法，这种控制方法是将直接功率控制策略和空间矢量调制技术结合，并且加入了具有快速功率响应能力的定频直接功率PWM变换器控制方法，三相电压型PWM变换器包括检测电路，控制电路，驱动电路，电源电路，保护电路，直流侧电容，交流侧电感，三相电压型PWM变换器的桥臂由两个开关串联组成。检测电路的输出作为控制电路的输入，控制电路的输出作为驱动电路的输入，驱动电路产生六个驱动信号分别对应六个开关器件的控制极，三相电压型PWM变换器与直流侧稳压电容并联，所述的具有快速功率响应能力的定频直接功率PWM变换器控制方法包括以下步骤：

（a）确定检测电路采样频率；

（b）检测并采样三相电网电压u_a、u_b和u_c，三相电网电流i_a、i_b和i_c以及直流侧电压U_dc；

（c）同步旋转坐标系d轴与三相静止坐标系a轴夹角θ计算：

利用锁相环技术，对三相电压进行锁相，并将电压矢量与d轴固定在同一方向上，均以电网同步角速度ω旋转，通过PI调节器得出位置角θ；

（d）瞬时功率计算

首先对三相电网电压和三相电网电流进行clarke坐标变换 ，得到αβ坐标系下的电压分量u_α和u_β，以及负载电流分量i_α和i_β。然后利用下面的公式计算瞬时有功功率和瞬时无功功率；