[发明专利]电流源型变频器电网电压观测方法、装置及系统

说明书

本发明提供一种电流源型变频器电网电压观测方法、装置及系统，涉及PWM变频器技术领域，其中，方法包括：根据开关函数以及直流侧电压，重构电流源型变频器侧交流输出电压；电流源型变频器侧交流输出电压包括：SVPWM调制空间矢量图中六个扇区内的电压；将电流源型变频器侧交流输出电压转换到αβ坐标系中，并代入到预先建立的电流源型变频器的数学模型中，得到电网电压观测算式。该方法基于虚拟磁链观测思想和变频器直流侧电压，重构了交流侧电网电压观测器，即建立电网电压观测算式，利用该电网电压观测算式得出的电压值控制变频器实现相应的控制目标，从而实现省去交流电压传感器的目的，进一步降低系统成本和提升系统可靠性。

技术领域

本发明涉及PWM变频器技术领域，尤其是涉及一种电流源型变频器电网电压观测方法、装置及系统。

背景技术

随着电力推进系统技术的日益成熟，加之海工船舶特殊作业的需求，使得船舶电力推进系统广泛用于海洋工程领域。在电力推进系统中，变频器是极其重要的组成部分。从拓扑结构上看，变频器可分为电流源型变频器和电压源型变频器。

现有的电流源型变频器的拓扑结构如图1所示，由于PWM电流源型变频器具有输出电流波形好、输出功率易于调节、良好的短路保护能力、直流侧电感可靠性高等优点，使其非常适用于船舶电力推进系统中。为实现相应的控制目标，如电机转速控制，最优化控制，电压传感器必不可少。工程上通常采用额外电压传感器来测量相应的变量，如交流侧电压、直流侧电压，额外的电压传感器一方面增加了工程应用成本和系统体积，另一方面也降低了系统可靠性。

目前，在电压源型变频器中，已有相应的技术实现了无交流电压传感器的控制，从而省去了交流电压传感器，其核心思想是利用直流侧电压和变频器数学模型重构交流侧电网电压观测器，可用观测器输出值作为电网电压实际值去实现变频器相应的控制，但是该技术不能应用于电流源型变频器中。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电流源型变频器电网电压观测方法及系统，基于虚拟磁链观测思想和变频器直流侧电压，重构交流侧电网电压观测器，利用该观测器的输出值控制变频器实现相应的控制目标，从而实现省去交流电压传感器的目的，进一步降低系统成本和提升系统可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种电流源型变频器电网电压观测方法，包括：

根据开关函数以及直流侧电压，重构电流源型变频器侧交流输出电压；电流源型变频器侧交流输出电压包括：SVPWM调制空间矢量图中六个扇区内的电压；

将电流源型变频器侧交流输出电压转换到αβ坐标系中，并代入到预先建立的电流源型变频器的数学模型中，得到电网电压观测算式。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据开关函数以及直流侧电压，重构电流源型变频器侧交流输出电压，具体包括：

确定空间矢量图中每一扇区的电流矢量作用顺序；

按照电流矢量作用顺序，确定每一个电流矢量作用时，变频器侧三相输出电压与直流侧电压的关系；

根据变频器侧三相输出电压与直流侧电压的关系以及三相平衡条件，得到每个扇区中变频器侧交流输出电压与变频器侧三相输出电压的关系。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，通过以下方式建立电流源型变频器的数学模型：

设电流正方向为从电网流入变频器的方向，根据电路理论，建立电流源型变频器的数学模型的算式：