[发明专利]改进型空间矢量控制的三相PWM整流系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相整流技术，尤其涉改进型空间矢量控制的三相PWM整流系统及其控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，世界各国普遍开始关注高效、无污染的利用电能问题。而目前国内大功率整流器普遍采用二极管和晶闸管实现的不控和可控整流器，其电流波形畸变给电网注入大量谐波和无功功率，造成严重的电网污染。

三相电压型PWM整流器具有交流侧电流谐波低、功率因数高、直流电压输出稳定等诸多优点，成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。目前广泛使用的控制策略如下：滞环比较、三角SPWM控制、矢量控制和前馈解耦。然而这些控制方法都有各自的缺点：滞环控制无法实现定频控制，给电路设计带来困难；三角SPWM控制需要较高的开关频率才能达到低谐波要求；矢量控制虽然开关频率较低但是产生的谐波较大；而对于前馈解耦，当模型不准确或系统参数与模型参数不完全匹配时，基于旋转坐标变换的矢量控制仍然存在解耦控制失败的可能，影响系统的控制性能。

发明内容

针对现有控制策略的缺点，本发明目的在于提供改进型空间矢量控制的三相PWM整流系统及其控制方法。采用多种控制策略结合控制，实现开关管的定频控制，简化电路设计，提高电路可靠性的同时，提高输入功率因数和降低交流侧电流谐波。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

改进型空间矢量控制的三相PWM整流系统，包括:三相PWM整流功率主电路、电压检测电路、电流检测电路、同步电压电路和用于对三相PWM整流器进行改进型空间矢量控制的DSP处理器，三相PWM整流功率主电路分别与电压检测电路、电流检测电路、同步电压电路的输入连接，电压检测电路、电流检测电路、同步电压电路的输出与DSP处理器连接，DSP处理器的输出接三相PWM整流功率主电路的六个开关管的驱动输入端。

所述的三相PWM整流功率主电路包括：三相交流电源、三相电抗器、三相整流桥、缓冲电路、电容和负载，三相整流模块采用了六开关三相半桥式电路拓扑，实现AC到DC变换；所述的电压检测电路采用霍尔电压传感器检测交流侧三相交流电压（三相电网电压）和三相PWM整流功率主电路的三相整流桥输出电压；所述的电流检测电路采样霍尔电流传感器检测交流侧三相交流电流，即三相电网输入电流；所述的同步电压电路采用锁相电路计算三相电网电压的同步相位。

所述缓冲电路由限流电阻和继电器并联组成，在导通瞬间减小交流侧电流幅值。

所述的DSP处理器采用德州仪器公司2000系列DSP控制器。

用于上述三相PWM整流系统的改进型空间矢量控制方法，包括如下步骤：电流检测电路采样交流侧电流，电压检测电路采样交流侧电压和三相整流桥输出电压信号，同时同步电压电路同步交流侧三相交流电压的相位，DSP处理器根据锁相电路的输出计算得到三个幅值为1的交流电压信号，并且分别与交流侧的三相交流电压同相位；（S2）DSP处理器利用步骤（S1）采样的得到三相整流桥输出电压进行电压外环PI调节；（S3）DSP处理器利用步骤（S1）得到的三个幅值为1的交流电压信号和步骤（S2）的电压外环PI调节结果进行三角波比较电流控制；（S4）DSP处理器根据三角波比较电流控制的结果进行滞环控制；（S5）DSP处理器根据滞环控制的结果进行空间矢量控制。

在步骤（S1）中，是通过霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和锁相电路得到三相整流桥输出电压信号、三相交流电流信号和电网电压相位信号，DSP处理器把采样得到的三相整流桥输出电压信号、三相交流电流信号转换为数字信号，同时根据锁相电路的输出的电网电压相位信号计算得到三个幅值为1的交流电压信号，并且该三个幅值为1的交流电压信号分别与交流侧的三相交流电压同相位。

在步骤（S2）中，把三相PWM整流系统所要实现的三相整流桥输出电压作为参考电压，将参考电压减去采样得到的三相整流桥输出电压，并将差作为PI调节的输入，实现电压外环PI调节。

在步骤（S3）中，是将电压外环PI调节的结果作为指令电流信号的幅值，将指令电流信号的幅值分别与上述计算得到的三个幅值为1的交流电压信号相乘得到三个指令电流信号，再将三个指令电流信号分别与网侧电流信号作差，并将差作为三角比较控制器的输入，经过PI调节后再与固定频定、固定幅值的三角波作比较。

在步骤（S4）中，是将三角波比较电流控制的结果作为滞环控制的输入，通过具有滞环特性的比较器得到6路输出信号。

在步骤（S5）中，是将滞环控制输出的6路信号通过空间矢量控制，产生6路脉宽调制波，用于驱动三相整流器开关管。