[发明专利]一种静止坐标系下的复矢量电流环解耦控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种静止坐标系下复矢量的电流环解耦控制的装置及方法。该装置包括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、复矢量电流控制单元、正弦脉宽调制单元。方法为：采样单元分别采集VIENNA整流器直流侧上下电容电压、交流侧三相电流及电压；采集到的直流侧上下电容电压经过电压控制单元及参考电流生成单元得到静止坐标系下的参考电流信号；参考电流信号经过电流环解耦控制单元得到三相基波调制信号；三相基波调制信号经过正弦脉宽调制单元处理，得到脉宽调制信号，该信号通过驱动电路控制VIENNA整流器每个开关管的工作状态。本发明能够有效减小功率间的耦合，提高系统的动态性能。

技术领域

本发明属于电力电子变换技术中的控制技术领域，特别是一种静止坐标系下的复矢量电流环解耦控制装置及方法。

背景技术

VIENNA整流器是一种三电平的拓扑，其最大的特点在于开关器件数量少，开关管承受的电压应力低，输入电流谐波畸变率低、功率密度大和可靠性高、以及无需设置驱动死区时间等，在中高压大功率级电能变换场合广泛应用。但由于整流器工作于中高功率场合时，会产生较大的功率损耗，因此需要降低开关频率来增大系统的输出功率。但降低功率器件开关频率的同时，会产生整流器控制系统耦合加剧的问题。针对控制系统耦合的问题，前馈解耦、反馈解耦、内模解耦、偏差解耦、复矢量解耦等相关解耦电流控制技术得到了广泛的关注，然而在低开关频率下，受数字控制延时的影响，控制系统耦合加剧，这些解耦方法可以减小交叉耦合，但不能完全抵消。

针对低开关频率下VIENNA整流器的解耦问题，目前很多学者的研究主要集中在平衡电网条件下，采用PI控制器对整流器进行解耦控制，然而平衡电网下的解耦控制在电网电压不平衡时会失效，导致电流环解耦不完全，影响系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静止坐标系下的复矢量电流环解耦控制装置及方法，以在不平衡电网下实现系统的解耦，有效改善VIENNA整流器的动态调节性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种静止坐标系下的复矢量电流环解耦控制装置，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、复矢量电流控制单元和正弦脉宽调制单元；

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；

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；

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；

复矢量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；

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。

优选地，所述数字处理控制模块为TMS320F28377D和EPM1270T芯片。

一种静止坐标系下的复矢量电流环解耦控制方法，包括以下步骤：

步骤1、在每个开关周期内，数字控制模块的采样单元分别采集交流侧三相电压e_a、e_b、 e_c，交流侧三相电流i_a、i_b、i_c，直流侧上电容电压U_C1和直流侧下电容电压U_C2；

步骤2、根据步骤1中采集到的信号，静止abc坐标系下的交流侧电压、交流侧电流经 Clark变换变换到静止αβ坐标系下，直流侧电容电压与电压参考基准信号进行比较，通过比例积分调节得到误差信号，并与电压参考基准信号相乘，得到有功功率参考基准信号；