[发明专利]基于功率指令补偿的不平衡电网电压下PWM整流器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相电压型PWM整流器的控制方法，尤其涉及电网电压不平衡下的PWM整流器控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

实际电网电压通常是不平衡的，包括幅值不平衡和相位不平衡。按照理想平衡电网条件下的控制策略对PWM整流器进行控制时，会导致网侧电流出现大量谐波，直流侧输出电压产生波动，影响系统性能。为此世界各国学者对电网电压不平衡下的PWM整流器控制进行了研究，以期实现恒定直流电压输出，减小网侧电流的谐波，同时尽量保持网侧平均功率因数为0。已有的方法中，如《Dual current control scheme for PWM conver ter under unbalanced input voltage conditions》，通常需要对电网电压、电网电流和整流器电压进行正负序分解，然后在双旋转坐标系上通过PI对电流进行控制，这使得控制系统十分复杂。还有一些控制方法虽然无需正负序分解，但需要旋转坐标变换，如中国专利CN200810007259.3。为了简化控制系统，目前也有一些方法被提出来以消除旋转变换或者PI，但同时又引入了较复杂的滤波器，如中国专利CN200910089671.9，或者需要精确知道电感参数，如文献《Control of Three-PhaseBoost-Type PWM Rectifier in Stationary Frame Under Unbalanced Input Voltage》。目前尚没有较好的方法能够同时满足：1)完全在静止坐标上实现；2)无需滤波器等复杂信号处理算法；3)容易与已有的平衡电网下的PWM整流器控制方法集成。因此，需要开发出一种简单有效的方法，能够很容易集成到已有的平衡电网下PWM整流器控制方法中，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

本发明旨在通过对现有的PWM整流器直接功率控制方法中的功率指令进行补偿，从而可以增强对电网电压不平衡的适应性，包括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。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于功率指令补偿的不平衡电网电压下PWM整流器控制方法，其步骤包括：

步骤1：电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相αβ坐标上的电压信号e_α，e_β；在忽略死区等非线性因素下，整流器交流侧电压可以通过输入SVPWM的电压指令直接得到为u_α，u_β；e_α，e_β和u_α，u_β进一步通过1/4周期延迟函数得到e′_α，e′_β和u′_α，u′_β；

步骤2：将给定直流电压减去PWM整流器输出直流电压得到的误差信号进入PI调节器，PI调节器的输出乘以PWM整流器直流侧电压得到初始有功功率给定P^ref0；初始无功功率给定Q^ref0设为零；

步骤3：根据步骤2得到的初始有功和无功功率给定，和步骤1得到的网侧电压和整流器交流侧电压及其延迟信号，可以解析计算得到有功功率指令补偿值P^comp和无功功率补偿值Q^comp。

步骤4：步骤2中的初始有功和无功功率给定加上步骤3中的有功和无功功率补偿值，即为考虑了电网电压不平衡情况下的最终功率指令，作为PWM整流器控制的功率给定输入；

步骤5：根据步骤4获得的最终功率指令，采用已有的功率控制方法，如基于矢量表的直接功率控制或预测直接功率控制等，得到整流器的交流侧指令电压，进一步PWM分解得到开关器件的驱动信号。

本发明具有如下特点和优势：

(1)功率指令补偿值的获得是基于静止两相坐标系，无需传统方法中的多次同步旋转坐标变换和正负序分量的分解；配台已有的基于静止坐标实现的平衡电网下的控制方法，可以使整个控制系统在静止坐标下实现而无需旋转坐标变换；

(2)功率指令补偿值只需要网侧电压、整流器交流侧电压和初始功率给定等信息，无需网侧电流和电感参数，因此对对系统参数扰动具有鲁棒性；

(3)功率指令补偿在控制系统的最外环实现，可以很容易和已有的功率控制方法进行集成，从而扩展其在不平衡电网电压下的运行性能，具有扩展性好、简单有效、易于实施等优点。

附图说明