[发明专利]三相PWM整流器比例复数积分控制技术

说明书

本发明涉及一种三相PWM整流器比例复数积分控制技术领域。整个整流电路由四大部分组成：主电路1、电流环控制电路2、电压环控制电路3以及锁相环电路4。主电路中的PWM整流器经过交流电源和PWM波形发生器5触发工作，由电流环2和电压环3双闭环控制。电压型PWM整流器要控制的数值在于整流器的输出电压和整流器输入电流，前一个要求平稳的导出控制，后一个跟随输入电压的相位。锁相环4采用低通滤波。本发明为解决传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差问题，采用由PCI控制的电流环获得了优异的整流效果。

技术领域

本发明属于电力电子控制领域，具体涉及三相PWM整流器比例复数积分控制技术。

背景技术

目前，在风能、太阳能、潮汐能等可再生能源发电技术高速发展情形下，如何将这些能源所产生的变动的低质量电能转化成可供应给电网的固定的高质量电能，成为现在研究的热点。提升电能质量的关键点是整流，针对早年整流电路中的二极管不具备受控的能力、能量传递方向单一以及相控值晶闸管易引入谐波问题，三相PWM整流器应运而生。考虑三相PWM整流器在获取高性能电能时需要给负载并联高效滤波大电容，工作时存在的死区会扩大输入电流的谐波畸变以及对整流器在输入交变电流时存在稳态误差的问题，对传统PI控制做改进，采用PCI控制提升了电能质量。

发明内容

本发明提供了一种三相PWM整流器比例复数积分控制技术。其特点在于三相PWM整流器双闭环控制中的电流环控制电路设计，解决了传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差问题，并消除了αβ坐标系下三相PWM整流器数学模型的耦合性，实现无静差控制。基于比例复数积分控制的三相PWM整流器不仅可以提升电能质量，还可以简化系统控制结构。

为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明主电路中的PWM整流器经过交流电源和PWM波形发生器5(见图4)触发工作，控制电路由电流环2和电压环3双闭环控制实现。电压环控制电路3由要求输出的稳定直流电压与实际整流输出电压做差值做电压环3输入，将交流电源的输入电流经Clarke变换模块(见图3)变换与电压环的输出做差做电流环2的输入，电流环2的输出经Clarke反变换模块变换输送到PWM波形发生器5，在交流电源输入信号前采用基于低通滤波的锁相环4设施。

本发明针对传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差问题，基于基尔霍夫定律对三相PWM整流器进行数学建模，将得到的数学模型进行两相静止αβ坐标变换，并分析在两相静止αβ中数学模型特性，实现电流环2基于PCI控制设计。

本发明为实现实时性控制，针对电网电压扰动和αβ坐标系下三相PWM整流器数学模型的耦合性，采用了一种前馈解耦控制方法Clark变换。

电流环控制控制结构的搭建首先要设计控制参数。针对其传递函数G(s)＝k_p+k_i/(s-jω₀)中的比例系数k_p和k_i进行设计，从比例系数k_p开始设计，为了确保使整流系统拥有十分快速的响应速度，而且于此在相同时间内尽量减小噪音，整流系统根据考虑必须选择超越基波频率10倍和低于开管频率的1/5,根据这些要求次整流系统选择的系统频率带宽范围为500＜f_b＜2000。

系统的控制传递函数为：

系统的幅频特性表达式为：

仅仅考虑比例系数k_p时，整流系统的死循环幅频特性表达式为：