[发明专利]电网不平衡时三相PWM变流器的正负序联合控制方法

摘要

本发明公开了一种电网不平衡时三相PWM变流器的正负序联合控制方法，在正序dq同步旋转坐标下实现正序和负序电流的联合控制，简化了控制系统，保证了电网电压不平衡情况的PWM变流器的正常稳定运行；针对电网电压正序和负序矢量的分离问题，提出了一种新型正序dq同步坐标轴下的正序和负序矢量分离方法，这样只需要一次正负序电压提取模块，省略了正负序电压提取模块；针对电流内环控制，提出了PI+R型复合控制器方法，将谐振控制器R的谐振频率设定在2ω，可以实现在dq同步旋转坐标下对负序分量的无静差控制；同时为了改善控制系统的响应速度，根据PWM变流器的输出电压电流矢量模型，采用了一种电压前馈控制方法，提高了控制系统的动态性能。

主权项

一种电网不平衡时三相PWM变流器的正负序联合控制方法，包括三相PWM变流器，所述三相PWM变流器包括三个功率开关臂，所述三个功率开关臂各通过一个滤波电感接电网，所述三相功率变流器直流侧通过直流电容接后级负载；其特征在于，该方法包括：1)检测三相电网电压的瞬时值分别为ua、ub、uc，经过三相至两相的坐标变换得到两相静止αβ坐标下的电压分量uα，uβ；2)根据dq坐标变换理论，求得下式：Ed+Eq+=LPF(s)*cosωt-sinωtsinωtcosωtuαuβ]]>Ed-Eq-=LPF(s)*cosωtsinωt-sinωtcosωtuαuβ]]>其中，LPF(s)为低通滤波器函数，ω为三相电网的基波频率；分别为电网正序电压在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；和分别为电网负序电压在同步旋转坐标系下的d、q轴分量；重新定义dq同步坐标变量，如下：Ed+i=(Ed+)2+(Eq+)2Ed-i=(Ed-)2+(Eq+)2Eq+i=Eq-i=0]]>θ+=arctan(Eq+/Ed+)θ-=arctan(Eq-/Ed-)θe=θ+-θ-]]>3)在重新定义的dq同步旋转坐标下电网电压的d、q分量和表示如下：EdiEqi=Ed+i0+cos(2ωt+θe)sin(2ωt+θe)-sin(2ωt+θe)cos(2ωt+θe)Ed-i0]]>根据上式，在电网电压不平衡时，dq同步旋转坐标下的电流指令信号为：Id+iIq+iId-iIq-i=23Pref(Ed+i)2-(Ed-i)2Ed+i0Ed-i0+23Qref(Ed+i)2+(Ed-i)20-Ed+i0-Ed-i]]>其中，Pref、Qref分别为三相PWM变流器的输出有功功率指令和无功功率指令；分别为PWM整流器交流侧输出电流正序电流在重新定义的dq同步旋转坐标系下的d、q轴分量；和分别为PWM整流器交流侧输出电流负序电流在重新定义的dq同步旋转坐标系下的d、q轴分量；4)检测三相PWM变流器直流侧电压udc，并与直流侧电压参考值相减，然后送入电压PI控制器，输出有功电流微调信号ΔI；然后分别叠加到正序、负序电流的有功参考指令信号上，求得重新定义的正序dq旋转坐标下的总参考电流信号：Id*Iq*=Id+′+ΔIIq+′+cos(2ωt+θe)sin(2ωt+θe)-sin(2ωt+θe)cos(2ωt+θe)Id-′+ΔIIq-′]]>5)在重新定义的正序dq同步旋转坐标下进行电流联合闭环控制：检测三相电网电流ica、icb和icc，然后经abc/dq+坐标变换转成dq轴坐标下的dq分量Id、Iq；然后将重新定义的正序dq旋转坐标下的总参考电流信号分别与Id、Iq相减，将差值送入电流联合控制器；电流联合控制器的表达式如下：PI(s)+R(s)=(kp+kis)+2krss2+ω22]]>其中，s表示s域函数的变量；kp，ki，和kr分别是比例增益、积分增益和谐振增益；ω2表示谐振频率，是基波频率ω的两倍；6)根据三相PWM变流器的输出电压电流数学模型和电流指令信号求得前馈控制电压表达式如下：Vdr=Edi+jωLIq*Vqr=Eqi-jωLId*]]>其中L为滤波电感值；7)求得三相PWM变流器在正序dq旋转坐标系下总的输出信号如下：Vd=[PI(s)+R(s)](Id*-Id)+Vdr+jωLIqVq=[PI(s)+R(s)](Iq*-Iq)+Vqr-jωLId;]]>8)将Vd、Vq通过dq+/abc坐标变换，得到三相PWM变流器在三相静止坐标系下的总的输出信号ma、mb和mc；将ma、mb、mc通过PWM调制单元处理，得到三个功率开关臂开关管的PWM开关信号，并驱动开关管输出期望的正序、负序电压和电流。