專利名稱：一種基于預(yù)測(cè)控制的pwm整流器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PWM整流器的一種電流預(yù)測(cè)控制控制方法，也可以用于無功補(bǔ)償?shù)墓?率發(fā)生部分。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的典型PWM整流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如附圖1所示。其一般原理為通過控制流過電 抗L的電流，完成電網(wǎng)有功功率和無功功率的控制，從而控制直流側(cè)的電壓。傳統(tǒng)采用方法均為同步坐標(biāo)系下計(jì)算電網(wǎng)同步電壓Ud，Uq電壓，完成控制通過 有功電流Id和無功電流Iq的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器再加上解耦項(xiàng)得到Ud和Uq的輸出，然后 使用空間矢量PWM來輸出電壓U ；這種方法法雖然DQ解耦，但是由于Ud和Uq的輸出受到 整流器直流側(cè)的直流電壓Udc的限制，因此容易產(chǎn)生調(diào)節(jié)器飽和，控制失效。同時(shí)傳統(tǒng)方法中，解決三相不平衡的方法多為分解為正負(fù)序分量，其中增加了濾 波器，減弱控制性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于預(yù)測(cè)控制的PWM整流器的控制方法，解決現(xiàn)有方法容易產(chǎn)生 調(diào)節(jié)器飽和以及控制失效的問題，避免增加濾波器帶來的減弱控制性能的不良影響。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種基于預(yù)測(cè)控制的電壓源PWM整流器的控制方法，其步驟包括步驟A.在采用同步坐標(biāo)系下，通過電壓偏差比例積分(PI)調(diào)節(jié)器得到有功電流 和無功電流給定；步驟B.由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定；步驟C.采用相電流的偏差產(chǎn)生線電壓的指令電壓；步驟D.利用線電壓輸出期望，控制開關(guān)器件。本發(fā)明的有益效果是通過采用同步坐標(biāo)系下的有功電流和無功電流變換到三相 實(shí)際坐標(biāo)軸中，得到三相電流的給定，通過和三相實(shí)際電流的相減得到偏差電流，通過電流 的預(yù)測(cè)控制完成，其對(duì)于無中性點(diǎn)的三相對(duì)稱/不對(duì)稱電網(wǎng)均有良好的性能表現(xiàn)。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下限定。進(jìn)一步，所述步驟A包括利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流1^113，1(3，利用 電壓霍爾傳感器采集三相定子電壓Ea，Eb，Ec和直流母線電壓Udc ；采集得到的三相定子電 壓信號(hào)Vabc經(jīng)過軟件鎖相環(huán)檢測(cè)得到電網(wǎng)相角θ ；將三相電流Ia，Ib，Ic經(jīng)過靜止三相/ 兩相變換，得到Ia和Ie ；將三相電壓Ea，Eb, Ec經(jīng)過靜止三相/兩相變換，得到Ea和Ea ； 通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，利用電網(wǎng)相角θ，得到電網(wǎng)同步下有功電流Id和無功電流Iq ；同樣方 法得到電網(wǎng)同步電壓Ed和Eq ；將直流電壓給定Udcref和實(shí)際直流電壓通過PI調(diào)節(jié)器控 制得到有功電流給定Idref。所述步驟B包括根據(jù)功率因數(shù)和無功調(diào)節(jié)要求，給定無功電流期望Iqn，將Iqn和Iq通過PI調(diào)節(jié)器作為無功偏差的補(bǔ)償，補(bǔ)償相和給定項(xiàng)和作為實(shí)際給定IqRef;將 Idref和IqRef通過同步電網(wǎng)相角θ和控制節(jié)拍延時(shí)，得到下一控制周期中實(shí)際三相電流 期望 Iaref、Ibref、Icref0所述步驟C包括電網(wǎng)同步電壓Ed和Eq通過控制節(jié)拍延時(shí)和旋轉(zhuǎn)變換，得到下一 個(gè)控制節(jié)拍電網(wǎng)電壓Ea+，Eb+, Ec+ ；通過三相電流期望Iaref，Ibref, Icref.和三相電流 實(shí)際數(shù)值la、lb、Ic以及下一節(jié)拍三相電網(wǎng)電壓Ea+、Eb+、Ec+，得到線電壓輸出期望。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是通過電路的基爾霍夫定律，由相電流偏差 (Iaref-Ia, Ibref-Ib, Icref-Ic)得到控制指令電壓，采用基于線電壓得到的PWM，可以得 到與SVPWM相同的電壓利用率。進(jìn)一步，所述開關(guān)器件為PWM三相橋開關(guān)。進(jìn)一步，所述無功偏差補(bǔ)償包括通過加入無功分量的誤差的積分項(xiàng)消除偏差。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是通過增加補(bǔ)償項(xiàng)可消除電抗器誤差和PWM死 區(qū)帶來的偏差。
圖1為現(xiàn)有典型PWM整流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明一種基于預(yù)測(cè)控制的電壓源PWM整流器的控制方法流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖2所示的，本發(fā)明一種基于預(yù)測(cè)控制的電壓源PWM整流器的控制方法，其具體 流程包括步驟A.在采用同步坐標(biāo)系下，通過電壓偏差比例積分(PI)調(diào)節(jié)器得到有功電流
給定；步驟B.由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定；步驟C.采用相電流的偏差產(chǎn)生線電壓的指令電壓；步驟D.利用線電壓輸出期望，控制開關(guān)器件。進(jìn)一步，所述步驟A包括利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流Ia，lb, Ic ；利用電壓霍爾傳感器采集三相定子電壓Ea，Eb, Ec和直流母線電壓Udc0采集得到的三相定子電壓信號(hào)Vabc經(jīng)過軟件鎖相環(huán)檢測(cè)得到電網(wǎng)相角θ。將三相電流Ia，lb, Ic經(jīng)過靜止三相/兩相變換，得到I α和I e ；將三相電壓Ea， Eb, Ec經(jīng)過靜止三相/兩相變換，得到Ε α和E0。
通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，利用電網(wǎng)相角θ，得到電網(wǎng)同步下有功電流Id和無功電流 Iq ；同樣方法得到電網(wǎng)同步電壓Ed和Eq。
進(jìn)一步，步驟B包括將直流電壓給定Udcref和實(shí)際直流電壓通過PI調(diào)節(jié)器控制得到有功電流給定 Idref，根據(jù)功率因數(shù)和無功調(diào)節(jié)要求，可給定無功電流期望Iqn，將Iqn和Iq通過PI調(diào)節(jié) 器作為無功偏差的補(bǔ)償，補(bǔ)償相和給定項(xiàng)和作為實(shí)際給定Iqref ；將Idref和Iqref通過同步電網(wǎng)相角θ和控制節(jié)拍角度Φ延時(shí)，計(jì)算得到下一 控制周期中實(shí)際三相電流期望Iaref，Ibref，Icref0 進(jìn)一步，步驟C包括電網(wǎng)同步電壓Ed和Eq通過同步電網(wǎng)相角θ和控制節(jié)拍角度Φ，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換， 得到下一個(gè)控制節(jié)拍電網(wǎng)電壓Ea+，Eb+, Ec+ ； 通過三相電流期望Iaref，Ibref，Icref.和三相電流實(shí)際數(shù)值Ia，lb, Ic以及下 一節(jié)拍三相電網(wǎng)電壓Ea+，Eb+，Ec+，計(jì)算得到線電壓輸出期望。
依據(jù)基爾霍夫電流定律，可以得到三相回路的電壓方程 其中E代表電網(wǎng)電壓，U代表變頻器輸出電壓。I為各相電流。L為三相電抗器電 抗值。依據(jù)上公式，可以得到Uah = Ua-Ub = Ea-Eb
at atUbc=Ub-Uc=Eb-Ec+L^-L^-
at atUca =Uc-Ua =Ec-Ea+L^-L^f-
at dt控制周期為T，將上述離散化后即得到控制輸出給定Uab=F -"Eb++L (Iaref-]工/T-Ldbref-]-b) //T
Ubc=F -"Ec++L (Ibref_]-b)‘/T-Ldcref-]/T
Uca=F -_Ea++L (Icref_]/T-Ldaref-]工/T利用線電壓輸出期期望Uab、UbC、UCa，可以計(jì)算得到PWM三相橋開關(guān)時(shí)間(Ta、Tb、 Tc)，由控制器發(fā)出開關(guān)命令(Sa, Sb、Sc)。由以上的說明可知，本方法是按照當(dāng)前采樣值預(yù)測(cè)下一節(jié)拍的電網(wǎng)各相電壓數(shù) 值，同時(shí)按照實(shí)際電流和期望電流的差計(jì)算輸出，由于實(shí)施考慮的電網(wǎng)的波動(dòng)，因此具有較 高的動(dòng)態(tài)性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于預(yù)測(cè)控制的電壓源PWM整流器的控制方法，其步驟包括步驟A在采用同步坐標(biāo)系下，通過電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)器得到有功電流和無功電流給定；步驟B由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定；步驟C采用相電流的偏差產(chǎn)生線電壓輸出期望；步驟D利用線電壓輸出期望，控制開關(guān)器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟A包括利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流，利用電壓霍爾傳感器采集三相電網(wǎng)電壓和直 流母線電壓，經(jīng)過軟件鎖相環(huán)檢測(cè)得到電網(wǎng)相角；將三相電流經(jīng)過靜止三相/兩相變換，得到兩相電流；將三相電壓經(jīng)過靜止三相/兩相 變換，得到兩相電壓；通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，利用電網(wǎng)相角，得到電網(wǎng)同步下有功電流和無功電流；同樣方法得 到電網(wǎng)同步電壓；將直流電壓給定和實(shí)際直流電壓通過電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制得到有功電流給定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟B包括根據(jù)功率因數(shù)和無功調(diào)節(jié)要求，給定無功電流期望，將無功電流期望和無功電流通過 電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)器作為無功偏差的補(bǔ)償，補(bǔ)償相和給定項(xiàng)和作為實(shí)際給定；將有功電流給定和實(shí)際給定通過同步電網(wǎng)相角和控制節(jié)拍延時(shí)，得到下一控制周期中 實(shí)際三相電流期望。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟C包括電網(wǎng)同步電壓通過控制節(jié)拍延時(shí)和旋轉(zhuǎn)變換，得到下一個(gè)控制節(jié)拍電網(wǎng)電壓； 通過三相電流期望和三相電流實(shí)際數(shù)值以及下一節(jié)拍三相電網(wǎng)電壓，得到線電壓輸出 期望。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述開關(guān)器件為PWM三相橋開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述無功偏差補(bǔ)償包括通過加入無功分 量的誤差的積分項(xiàng)消除偏差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于預(yù)測(cè)控制的PWM整流器的控制方法，在采用同步坐標(biāo)系下，通過電壓偏差比例積分(PI)調(diào)節(jié)器得到有功電流給定，再由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定，然后采用相電流的偏差產(chǎn)生線電壓的指令電壓，并采用基于線電壓輸出設(shè)計(jì)的三相PWM開關(guān)橋輸出電壓。本控制方法對(duì)于無中性點(diǎn)的三相對(duì)稱/不對(duì)稱電網(wǎng)均有良好的性能表現(xiàn)，同時(shí)本發(fā)明采用的基于線電壓輸出的PWM，可以得到與SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制)的相同的直流電壓利用率。本發(fā)明所述的方法具有簡單實(shí)用，計(jì)算量小和相應(yīng)快速和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/219GK101888190SQ201010172150
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者付強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京景新電氣技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司