[发明专利]一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法

权利要求书

1.一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法，其特征在于，包括VIENNA整流器、数字处理控制模块和驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、电压控制单元、参考电流计算单元、准PR电流控制单元和正弦脉宽调制单元；其中：

(1)采样单元分别采集VIENNA整流器直流侧上下电容电压信号、VIENNA整流器交流侧的三相电压信号、VIENNA整流器交流侧的三相电流信号；

(2)电压控制单元将直流侧上、下电容电压信号处理为有功功率参考信号；

(3)参考电流计算单元将有功功率参考信号以及坐标变换后得到的电压、电流信号处理为静止坐标系下电流参考信号；

(4)准PR电流控制单元将电流参考信号进行处理得到调制波信号，送至正弦脉宽调制单元；

(5)正弦脉宽调制单元的输出端经过驱动电路，接入三电平VIENNA整流器中每相桥臂的各个开关管。

2.根据权利要求1所述的一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法，其特征在于，所述数字处理控制模块为TMS320F28377D和EPM1270T芯片。

3.根据权利要求1所述的一种宽范围不平衡电网下优化VIENNA整流器输入电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据VIENNA整流器自身固有拓扑特性计算其静态工作范围。

(1)建立三相参考电压与三相开关管占空比方程；

对于VIENNA整流器，有如下等式：

上式的通解整理化简可以表述为：

其中d₀为任意常数。

(2)针对占空比在区间[0，1]范围内有解可以求得此时对参考电压的约束，即VIENNA整流器的静态工作范围；VIENNA整流器参考电压的约束条件入下表所示。

VIENNA整流器静态工作范围

表中约束公式如下所示：

步骤2、计算VIENNA整流器参考电流指令与参考电压之间的相位差，在静态工作范围内，通过注入零序分量使调制波在畸变区间内钳位为零的方法抑制输入电流畸变；在静态工作范围外，引入负序电流调节系数k，通过调整k的取值将参考电压约束在静态工作范围内，再通过区间钳位的方法抑制输入电流畸变，包括以下步骤：

(1)通过双二阶广义积分器锁相环(Double Second Order Generalized IntegratorPhase-Locked Loop，DSOGI-PLL)提取电网电压正、负序分量及负序分量初始相位角；

电网电压的表达式可写为：

(2)计算以抑制有功功率二次波动控制策略下的电流参考并计算此时的参考电压；

abc坐标系下抑制VIENNA整流器有功二次波动控制策略的参考电流表达式为：

将电网电压公式及输入电流指令公式表示为实虚数形式，如下所示：

e_a∠θ_ea＝A_p∠0+A_n∠θ_n＝A_p+A_n(cos(θ_n)+jsin(θ_n))

令λ＝A_n/A_p；M＝ωLP₀；求解参考电流及参考电压二者相位差为：

Δθ_x＝θ_ix-θ_vx(x＝a，b，c)

(3)判断此时参考电压是否在静态工作范围内，当在静态工作范围内，提出一种调制波区间钳位的方法，判断参考电压与参考电流极性不一致的区间，此区间即为电流的畸变区间，在畸变区间内叠加零序分量，使原调制波在畸变区间内钳位为零来抑制输入电流畸变；

VIENNA整流器运行在静态工作范围内，当Δθ_x＞0，此时参考电流超前参考电压，则钳位区间的起点为-θ_ix，终点为-θ_vx；当Δθ_x＜0，此时参考电流滞后参考电压，则钳位区间的起点为-θ_vx，终点为-θ_ix。在工频周期内，每相参考电压与参考电流各有两次过零点，存在6段钳位区间，三相参考电压钳位区间的分布如表2所示。

表2 三相参考电压钳位区间

(4)当参考电压在静态工作范围外，提出一种基于负序电流调节的区间钳位方法，引入负序电流调节系数k，重新计算参考电流与参考电压，通过调整k的取值将参考电压约束在静态工作范围内，再通过区间钳位的方法抑制输入电流畸变。

基于传统不平衡电网下三种电流控制侧率，提出一种新的电流控制策略，在电流指令中引入负序电流控制系数k，将k定义在连续区间(-1，1)之间，令D(k)＝1.5(A_p²+kA_n²)；则abc坐标系下网侧三相电流表达式为：

对于上述公式，当k＝-1时为抑制有功二次波动控制策略；当k＝0时为抑制电流负序分量控制策略；当k＝1时为抑制无功二次波动控制策略。

与上述方法类似，此时参考电流及参考电压二者的相位差为：

Δθ_x(k)＝θ_ix(k)-θ_vx(k)(x＝a，b，c)

以静态工作区间为限制条件，可得在不同电网条件下k的取值为：

步骤3、将得到的调制波通过正弦脉宽调制得到宽范围不平衡电网下VIENNA整流器开关的脉宽调制波。