[发明专利]不平衡电网电压下PWM整流器直接功率控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是指一种不平衡电网电压下PWM整流器直接功率控制方法及装置。

背景技术

直接功率控制无需坐标旋转变换，具有算法简单、动态响应快等优点而被广泛接受。而直接功率控制在理想电网下有着较为深入的研究，但在实际电网中由于负载不平衡以及电网故障等因素均会引起电网电压不对称；如果沿用传统直接功率控制的方法会使网侧电流出现大量谐波，直流母线电压和网侧功率出现二倍频波动等，严重影响系统的性能。为此世界各国学者针对电网不平衡条件下的直接功率控制做了相关的研究，以期实现恒定直流电压输出，减小网侧电流谐波和有功或者无功波动。

已有的方法中，文献《Direct power control of voltage source inverters with unbalanced grid voltages》通过推导得出消除负序网侧电流的功率补偿值，然后将该补偿值加入到原来的功率参考值，得到在电网电压不平衡情况下的新的功率参考值。该方案很容易集成到已有的DPC中使用，其不足之处是功率补偿值的获得需要对电网电压和电流进行正负序分解以及坐标旋转变换，计算相对复杂。文献《Sliding-mode-based direct power control of grid-connected voltage-sourced inverters under unbalanced network conditions》在《Direct power control of voltage source inverters with unbalanced grid voltages》的基础上进行了改进，在静止坐标系通过推导得出了不同控制目标下的功率补偿值，并采用滑模控制和SVM来提高系统的鲁棒性和稳态性能，但补偿值的计算仍需电网电压负序分量和电流正序分量的提取，另外滑模控制器需要调节滑模增益等参数。

目前基于电网电压不平衡情况下的直接功率控制没有能够同时满足：1)不需要提取正负序分量；2)不需要计算功率补偿值。因此，需要开发出一种简单有效的直接功率控制；这种简单的直接功率控制不需要提取正负序分量同时不需要复杂的功率补偿计算，并且能够消除不平衡电压带来的影响，从而提高系统对不平衡电网情况下的适应性，满足实际运行需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种不平衡电网电压下PWM整流器直接功率控制方法及装置，通过对现有的PWM整流器直接功率控制的方法进行改进，提出一种新型的直接功率控制，从而可以增强对电网电压不平衡的适应性，包括消除网测有功功率的二倍频波动，消除新型无功功率的二倍频波动，消除直流输出电压脉动，减小网侧电流的谐波，达到和平衡电网下类似的运行效果。

基于上述目的本发明提供的不平衡电网电压下PWM整流器直接功率控制方法，包括：

根据采样电网电压和电网电流以及电网电压延迟信号，计算得到当前时刻的瞬时有功功率和新型无功功率；

通过分析得到基于新型无功功率定义的电压不平衡下的能够同时控制有功和新型无功的电压矢量表；

由瞬时有功功率、新型无功功率和相应的功率给定得到的差值以及当前电网电压矢量所在扇区；

根据所述电压矢量表选择电压矢量，得到相应的驱动信号对开关管进行驱动。

在一些实施方式中，所述根据采样电网电压和电网电流以及电网电压延迟信号，计算得到当前时刻的瞬时有功功率和新型无功功率的步骤包括：

利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；

然后将电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相坐标αβ上的电压信号以及电流信号；

通过上一时刻的电压矢量以及直流侧电压计算得到整流器交流侧电压信号；

将电网侧电压延迟1/4周期后得到其延迟信号；

所述有功功率的计算公式为：P＝1.5(i_αe_α+i_βe_β)；其中，i_α，i_β为在静止两相坐标αβ上的电流信号，e_α，e_β为在静止两相坐标αβ上的电压信号；

所述整流器交流侧电压信号的计算公式为：