一種單相系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單相系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償算法，主要包括單相無鎖相環(huán)功率計算03及頻率補償矩陣分量計算05兩個部分，僅通過本地正余弦信號01，數(shù)字濾波器及簡單的運算即可實現(xiàn)單相系統(tǒng)的瞬時功率計算，及頻率補償矩陣分量計算，無需使用鎖相環(huán)，降低了鎖相環(huán)的設計難度，進而降低軟硬件設計難度。
【專利說明】一種單相系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償異?古

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子與電力傳動領(lǐng)域中單相PWM變流器(包含脈沖整流器，PWM逆變器)控制系統(tǒng)設計與制造領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]單相脈沖整流器具有能量可雙向流動，網(wǎng)側(cè)電壓、電流保持單位功率因數(shù)，直流側(cè)電壓恒定等優(yōu)點，故而被廣泛應用于大功率牽引傳動系統(tǒng)。目前，單相整流器控制算法主要包括間接電流控制，滯環(huán)電流控制，瞬態(tài)電流控制及dq軸電流解耦控制。
[0003]為了提高整流器的控制精度及動態(tài)性能，提出了適用于三相整流器的直接功率控制算法，該算法以瞬時功率理論為基礎，直接控制有功功率和無功功率，使脈沖整流器達到網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)、直流側(cè)電壓恒定等性能指標。傳統(tǒng)的直接功率控制算法采用滯環(huán)開關(guān)表控制有功和無功功率，響應速度快，但其開關(guān)頻率不固定，諧波分布不規(guī)律，不利于網(wǎng)側(cè)濾波器設計，故而實際系統(tǒng)中很少采用該算法；對此，提出了基于模型預測的直接功率控制算法，該算法實現(xiàn)了定頻直接功率控制，然而增加了算法復雜度，并且需要較高的采樣頻率才能獲得良好的控制效果。對此，提出了結(jié)合內(nèi)環(huán)PI功率解耦控制算法與SVPWM的直接功率控制算法，該算法不但實現(xiàn)了定頻直接功率控制，而且降低了控制器的采樣頻率。
[0004]上述算法均以三相整流器為研究對象，針對軌道交通等行業(yè)中使用的單相脈沖整流器直接功率控制領(lǐng)域，國內(nèi)外鮮有學者研究，針對單相脈沖整流器的直接功率控制，需要對單相系統(tǒng)的瞬時功率進行計算，并建立直接功率模型。對此，提出用微處理器采集網(wǎng)側(cè)電壓電流信號，儲存并延遲得到與網(wǎng)側(cè)電壓、電流正交的虛擬網(wǎng)側(cè)電壓電流信號，用以計算單相系統(tǒng)的瞬時功率，然而該算法占用了過多的存儲器空間，同時當電壓電流突變時，不能精確的計算瞬時功率。為實現(xiàn)單相脈沖整流器直接功率控制，需要網(wǎng)側(cè)電壓鎖相環(huán)，然而單相系統(tǒng)的網(wǎng)壓鎖相較為困難，一般需要通過虛擬與網(wǎng)壓正交的信號以實現(xiàn)單相系統(tǒng)鎖相或者采用硬件鎖相，故而單相系統(tǒng)網(wǎng)壓鎖相環(huán)增加了系統(tǒng)復雜度與軟硬件設計難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在不需要網(wǎng)側(cè)電壓鎖相環(huán)的情況下，計算單相系統(tǒng)瞬時功率，并實現(xiàn)無鎖相環(huán)非同步旋轉(zhuǎn)系的坐標變換，進而實現(xiàn)單相系統(tǒng)的直接功率控制。該算法提高了目前單相脈沖整流器瞬時功率計算精度，實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電壓畸變情況下的基波功率計算，降低了程序設計難度，具有著良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
[0006]本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007]—種單相工頻系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償算法，在無需要鎖相環(huán)信號情況下，單相瞬時功率算法以及頻率補償算法生成開關(guān)控制信號，完成單相脈沖整流器的控制，包含以下步驟:
[0008]首先，通過單相無鎖相環(huán)功率計算03將網(wǎng)壓和網(wǎng)側(cè)電流分別與本地正余弦信號相乘，其結(jié)果經(jīng)低通濾波器或帶阻濾波器得到低頻信號，將所得信號按照式(I)計算，得到瞬時有功功率P和無功功率Q ；

【權(quán)利要求】
1.一種單相工頻系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償算法，在無需要鎖相環(huán)信號情況下，單相瞬時功率算法以及頻率補償算法生成開關(guān)控制信號，完成單相脈沖整流器的控制，包含以下步驟: 首先，通過單相無鎖相環(huán)功率計算03將網(wǎng)壓和網(wǎng)側(cè)電流分別與本地正余弦信號相乘，其結(jié)果經(jīng)低通濾波器或帶阻濾波器得到低頻信號，將所得信號按照式(I)計算，得到瞬時有功功率P和無功功率Q ；
其中:lFd為網(wǎng)壓信號與本地正弦信號相乘后經(jīng)低通濾波后的數(shù)值；u_為網(wǎng)壓信號與本地余弦信號相乘后經(jīng)低通濾波后的數(shù)值為網(wǎng)側(cè)電流信號與本地正弦信號相乘后經(jīng)低通濾波或帶阻濾波器后的數(shù)值為網(wǎng)側(cè)電流信號與本地余弦信號相乘后經(jīng)低通濾波或帶阻濾波器后的數(shù)值； 然后，通過網(wǎng)壓幅值計算04將網(wǎng)壓信號與本地正余弦信號分別相乘經(jīng)低通濾波后，并將所得結(jié)果求取算數(shù)平方根，及根據(jù)式(2)計算得到網(wǎng)壓幅值信號:
其次，將計算所得瞬時有功功率和無功功率，網(wǎng)壓幅值經(jīng)直接功率控制07，計算得到調(diào)制信號在d-q坐標系下的分量； 最后，通過頻率補償矩陣分量計算05將網(wǎng)側(cè)電壓信號與本地正余弦信號分別相乘，所得結(jié)果經(jīng)低通濾波后得到頻率補償矩陣分量；將頻率補償分量和網(wǎng)壓幅值信號結(jié)合生成頻率補償矩陣Cu,如式(3)所不:
本地正余弦信號構(gòu)成工頻坐標變換矩陣C，如式(4)所示:
其中COtl為工頻角頻率，φο為初始相位差； 將兩矩陣相乘得到無鎖相環(huán)非同步旋轉(zhuǎn)坐標變換矩陣，進而將直接功率控制07計算所得調(diào)制信號在d-q坐標系下的分量轉(zhuǎn)換為坐標系下的分量；最后空間矢量脈寬調(diào)制模塊將制信號的α-β坐標系下的分量進行調(diào)制，生成開關(guān)控制信號，完成單相脈沖整流器的一次控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單相工頻系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償算法，其特征在于，本地正余弦信號計算01通過微控制器的定時中斷，產(chǎn)生與工頻角頻率相等的正余弦信號，并與網(wǎng)側(cè)電壓和電流信號相乘，通過低通濾波器后，經(jīng)有功和無功瞬時功率計算公式，計算可得單相系統(tǒng)的瞬時有功和無功功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述單相工頻系統(tǒng)無鎖相環(huán)瞬時功率計算及無鎖相環(huán)頻率補償算法，其特征在于，本地正余弦信號計算01通過微控制器的定時中斷，產(chǎn)生與工頻角頻率相等的正余弦信號，與網(wǎng)側(cè)電壓相乘，通過低通濾波器后得到頻率補償矩陣分量，進而構(gòu)成頻率補償矩陣。
【文檔編號】H02M7/12GK104135172SQ201410384838
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】宋文勝, 馬俊鵬, 熊成林, 馮曉云, 葛興來, 王青元 申請人:西南交通大學