基于對稱分量法的高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及功率變換器調(diào)制策略和控制方法，特別涉及對稱分量法在高頻鏈三相 四橋臂矩陣式變換器控制中的實(shí)現(xiàn)，屬于電力電子功率變換器調(diào)制及控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 三相逆變技術(shù)是逆變裝置的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際情況中，系統(tǒng)的負(fù)載大多為不對稱 負(fù)載或非線性負(fù)載，現(xiàn)在三相逆變面臨的關(guān)鍵技術(shù)在于解決三相逆變器帶不平衡負(fù)載的能 力。三相四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)具有調(diào)壓功能的三相四線輸出，并且具有較高的 直流利用率，但是通常采用逆變器輸出加一級工頻變壓器來實(shí)現(xiàn)電氣隔離和調(diào)整電壓比， 工頻變壓器和輸出濾波器體積大、笨重，對于輸入電壓及負(fù)載的波動(dòng)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 差。
[0003] 高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器的變換過程有DC/HFAC/LFAC三種功率特征，其中， HFAC:高頻交流，LFAC:低頻交流。矩陣變換器與傳統(tǒng)變換器相比，沒有中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，采用 雙向開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高，且輸出電壓幅值和頻率可 以獨(dú)立控制，同時(shí)高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器又可以實(shí)現(xiàn)帶不平衡負(fù)載的特性。
[0004] 對普通三相四橋臂帶不平衡負(fù)載的控制方法有很多種，包括有重復(fù)控制、滑膜變 結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、滯環(huán)控制、對稱分量法等。其中，對稱分量法是對于各種不平衡負(fù)載 (線性不平衡負(fù)載和非線性負(fù)載）具有較好的控制性能的一種方法，如：抗擾動(dòng)能力強(qiáng)、輸 出波形穩(wěn)定、諧波小、正弦度好，而且應(yīng)用廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于：（1)解決公知的三相逆變器帶不平衡負(fù)載的能力；（2)解決工 頻變壓器體積大、笨重以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性差的問題；（3)解決高頻鏈三相四橋臂矩 陣變換器閉環(huán)控制中抗擾動(dòng)能力不強(qiáng)、輸出波形相對不穩(wěn)定以及諧波大等問題。針對以上 問題，提出了基于對稱分量法的高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器的閉環(huán)控制方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括：被控對象高頻鏈三相四橋 臂矩陣變換器；閉環(huán)控制所采用的對稱分量法。對稱分量法就是引入正序、負(fù)序、零序的概 念，分析在系統(tǒng)的電壓、電流不對稱時(shí)，把三相的不對稱矢量分解成對稱的正序、負(fù)序及零 序的分量，以便對系統(tǒng)進(jìn)行控制。不論何種形式的三相系統(tǒng)，都能唯一的分解成上述三個(gè)分 量之和的形式。對于理想的三相對稱系統(tǒng)，負(fù)序和零序分量都為零，這就是我們常說的正常 狀態(tài)下只有正序分量的原因。當(dāng)三相系統(tǒng)不對稱時(shí)，就能分解出負(fù)序和零序分量，且各序的 三相幅值均相等。
[0007] 所述基于對稱分量法的高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器的控制方法包括以下步 驟：
[0008] (1)高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器帶不平衡負(fù)載時(shí)，設(shè)提取的輸出三相不對稱的 電壓矢量VA、vB、Vc或電流矢量i A、iB、i。，經(jīng)過對稱分量法把這三相不對稱的矢量分解成正 序分量、負(fù)序分量和零序矢量，設(shè)正序分量為vAP、vBP、￥。[)或i AP、iBP、i^p，負(fù)序分量為vAN、vBN、 v CN或 i 、iBN、iGN，零序分里為 vAQ、vBQ、vGQ或 i AQ、iBQ、ic。；
[0009] (2)電壓正序分量、負(fù)序分量和零序分量分別經(jīng)過三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系變換后，變成了兩相直流量，設(shè)電壓電流正序分量變換后為vdP、Vqp和idP、iqP，電壓電流 負(fù)序分量變換后為"、^和i_、isN，電壓電流負(fù)序分量變換后為Vrt、"和irt、isQ;
[0010] (3)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下生成調(diào)制信號包含以下幾個(gè)過程：
[0011] (3. 1)將期望的正序分量電壓v/和正序電壓分量Vdp進(jìn)行比較，得到電壓誤差 A vdP，誤差A(yù) Vdp通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的正序分量電流i /，電壓外環(huán)PI
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于對稱分量法的高頻鏈=相四橋臂矩陣變換器的控制方法，其特征在于包括w下 步驟： (1) 高頻鏈=相四橋臂矩陣變換器帶不平衡負(fù)載時(shí)，設(shè)提取的輸出=相不對稱的電壓 矢量Va、Vc、V。或電流矢量i A、ic、ic，經(jīng)過對稱分量法把該S相不對稱的矢量分解成正序分 量、負(fù)序分量和零序矢量，設(shè)正序分量為VAp、VI5p、Vep或iAP、iep、iep，負(fù)序分量為VM、VeM、VeM或 Ian、Ibn、Ign,零序分里為 Va。、Vb。、V。?；?i A。、Ib。、ico; (2) 電壓正序分量、負(fù)序分量和零序分量分別經(jīng)過=相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 變換后，變成了兩相直流量，設(shè)電壓電流正序分量變換后為Vdp、Vqp和i dp、iqp，電壓電流負(fù)序 分量變換后為VfW、v,w和i tM、isM，電壓電流負(fù)序分量變換后為Vf。、V,。和i t。、i,。； (3) 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下生成調(diào)制信號包含W下幾個(gè)過程： (3.1) 將期望的正序分量電壓Vd/和正序電壓分量VdP進(jìn)行比較，得到電壓誤差A(yù)vdP， 誤差A(yù) Vdp通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的正序分量電流i dP%電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié) 器設(shè)為：手K內(nèi)S，將期望的正序分量電流id巧日正序電流分量i d進(jìn)行比較，得到電流誤差 S A idp，電流誤差A(yù) idp通過電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到調(diào)制信號V dP，電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器 設(shè)為：^; 友 (3.2) 將期望的正序分量電壓0和正序電壓分量Vqp進(jìn)行比較，得到電壓誤差A(yù)Vqp，誤 差A(yù) Vqp通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的正序分量電流i。/，將期望的正序分量電 流i。巧日正序電流分量i qP進(jìn)行比較，得到電流誤差A(yù) i gp，電流誤差A(yù) igp通過電流內(nèi)環(huán)PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到調(diào)制信號Vqp; (3.3) 將期望的負(fù)序分量電壓0和負(fù)序電壓分量VfW進(jìn)行比較，得到電壓誤差A(yù)vw誤 差A(yù) Vfw通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的負(fù)序分量電流if/，將期望的負(fù)序分量電 流if/和負(fù)序電流分量i tw進(jìn)行比較，得到電流誤差A(yù) i W電流誤差A(yù) ifw通過電流內(nèi)環(huán)PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到調(diào)制信號VfW; (3.4) 將期望的負(fù)序分量電壓0和負(fù)序電壓分量v,w進(jìn)行比較，得到電壓誤差A(yù)v,w，誤 差A(yù) 通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的負(fù)序分量電流i s/，將期望的負(fù)序分量電 流C和負(fù)序電流分量i ,遜行比較，得到電流誤差A(yù) i ,w，電流誤差A(yù) i,遇過電流內(nèi)環(huán)PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到調(diào)制信號 (3.5) 將期望的零序分量電壓0和零序電壓分量Vf。進(jìn)行比較，得到電壓誤差A(yù)Vf。，誤 差A(yù) Vf。通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的零序分量電流if。％將期望的零序分量電 流ifc；和零序電流分量i t。進(jìn)行比較，得到電流誤差A(yù) i t。，電流誤差A(yù) if。通過電流內(nèi)環(huán)PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到調(diào)制信號Vf。； (3.6) 將期望的零序分量電壓0和零序電壓分量V,。進(jìn)行比較，得到電壓誤差A(yù)v,。，誤 差A(yù) V,。通過電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到期望的零序分量電流i 將期望的零序分量電 流C和零序電流分量i 行比較，得到電流誤差A(yù) i ,。，電流誤差A(yù) i,。通過電流內(nèi)環(huán)PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到調(diào)制信號V,。； (4) 將步驟（3)中直流正序分量VdP、VqP經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換 得到交流正序分量VaP、Vpp，直流負(fù)序分量Vfw、V,w經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系 的變換得到交流負(fù)序分量V。,、Vm，直流零序分量Vf。、V,。經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相靜止 坐標(biāo)系的變換得到交流零序分量V。D、Vp D; (5) 將步驟（4)中交流正序分量、交流負(fù)序分量W及交流零序分量經(jīng)過矢量計(jì)算得到 兩相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號V。和V P，即；Va= V ap+Vaw+V。。，Vp= V pp+V"+VpD; (6) 將步驟巧）中兩相交流信號V。和Vp經(jīng)過兩相靜止坐標(biāo)系到=相靜止坐標(biāo)系的變 換得到S相交流調(diào)制信號Va、Vb和V。，S相交流調(diào)制信號分別與載波進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制普 通=相四橋臂開關(guān)SPWM脈沖，SPWM脈沖經(jīng)過一體化調(diào)制策略邏輯變換變成控制高頻鏈= 相四橋臂開關(guān)的驅(qū)動(dòng)脈沖，控制雙向開關(guān)的開通與關(guān)斷。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于對稱分量法的高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器的控制方法，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括：被控對象高頻鏈三相四橋臂矩陣變換器；閉環(huán)控制所采用的對稱分量法。對稱分量法就是引入正序、負(fù)序、零序的概念，分析在系統(tǒng)的電壓、電流不對稱時(shí)，把三相的不對稱矢量分解成對稱的正序、負(fù)序及零序的分量，以便對系統(tǒng)進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的零穩(wěn)態(tài)誤差并且使系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng)、輸出波形穩(wěn)定、諧波小、正弦度好等優(yōu)點(diǎn)。在新能源發(fā)電和電機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02M1-12, H02M7-5387
【公開號】CN104601031
【申請?zhí)枴緾N201510050101
【發(fā)明人】閆朝陽, 李瑞雪, 趙常明, 徐曉蒙, 李建霞, 楊振華, 劉安平
【申請人】閆朝陽, 秦皇島燕大朝華電子科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月30日