專利名稱：無電網(wǎng)電壓傳感器同步pwm整流器矢量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器的矢量控制技術(shù)，更具體地說是涉及一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子裝置特別是整流設(shè)備的大量應用，整流設(shè)備會向電網(wǎng)注入了大量諧波與無功電流給電網(wǎng)造成了嚴重污染，同時再生能量無法回饋電網(wǎng)，造成資源的重大浪費。 而PWM整流器具有輸入電流正弦性好、能量可實現(xiàn)雙向流動等特性，在風力發(fā)電以及無功補償?shù)阮I(lǐng)域獲得廣泛的應用。目前應用較多的是電壓型PWM整流器，主要采用電壓定向矢量控制方式，此時需要檢測電網(wǎng)電壓、輸入電流以及直流母線電壓。但眾多的傳感器以及信號處理電路會帶來高成本及復雜性等問題，因而減少傳感器成為PWM整流器的一個研究熱點?，F(xiàn)有無電網(wǎng)電壓傳感器矢量控制技術(shù)主要采用以下方法(1)估計虛擬電網(wǎng)磁鏈法估計虛擬電網(wǎng)磁鏈方法，把PWM整流器中的電網(wǎng)電壓看做是交流電機的氣隙磁場在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢，電抗器等的電感和電阻分別相當于電機定子繞組的漏感和電阻，因此把電網(wǎng)電壓看成是一個虛擬的磁鏈的微分量，通過觀測這個虛擬電網(wǎng)磁鏈來取代電網(wǎng)電壓作為定向矢量，以達到省去電網(wǎng)電壓傳感器的目的。(2)估計電網(wǎng)電壓法估計電網(wǎng)電壓方法，通過對并網(wǎng)逆變器輸出電流的積分來計算出并網(wǎng)側(cè)電壓，然后通過計算得出電網(wǎng)電壓在α β坐標系下的數(shù)學模型從而估算出電網(wǎng)電壓的角度信號， 從而達到省去電網(wǎng)電壓傳感器的目的。但是估計虛擬電網(wǎng)磁鏈法存在初始磁鏈估計的問題，如果不帶初始磁鏈估計的觀測器或觀測器設(shè)計不合理，則會導致PWM整流器在啟動過程中產(chǎn)生很大電流沖擊甚至無法啟動。而估計電網(wǎng)電壓法會由于在電網(wǎng)電壓的估計中用到電流信號的微分量，從而容易引入和放大噪聲干擾，而且當開關(guān)頻率較低時，采用近似的微分計算將造成較大的計算誤差。目前典型PWM整流器系統(tǒng)的控制方法是通過檢測電網(wǎng)側(cè)電壓得到電網(wǎng)側(cè)電壓的相位角，通過檢測整流器電流和直流母線電壓，完成電網(wǎng)側(cè)有功功率和無功功率的控制，從而控制直流側(cè)的電壓，完成能量的傳遞。但現(xiàn)有的控制方法需要檢測電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)側(cè)電流以及直流母線電壓，而眾多的傳感器以及信號處理電路會帶來高成本及復雜性等問題，同時由于初始角度觀測不準確還會帶來PWM整流器無法啟動的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的PWM整流器需要眾多的傳感器和信號處理電路而導致的高成本及復雜性等問題，同時還解決了由于初始角度觀測不準確而帶來的PWM整流器無法啟動的問題。
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為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，該矢量控制方法的具體步驟為A.預算出電網(wǎng)電壓在PWM整流器起動前的初始相位角；B.初始相位角通過同步坐標變換，獲得電網(wǎng)同步坐標系下有功電流和無功電流； 通過直流母線電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)獲得有功電流給定，通過無功功率給定，獲得無功電流給定；C.采用有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分獲得電網(wǎng)電壓相位角以及整流器輸出電壓；D.通過整流器輸出電壓，控制開關(guān)器件。所述的步驟A的具體步驟為Al.在PWM整流器開始運行之前加若干個周期的零電壓矢量；A2.通過電流霍爾傳感器分別采集三相電流；A3.將三相電流經(jīng)過靜止三相/兩相變換，獲得兩相電流量；A4.通過兩相電流量觀測虛擬電網(wǎng)磁鏈，獲得虛擬電網(wǎng)磁鏈的初始值；A5.通過虛擬電網(wǎng)磁鏈的初始值獲得電網(wǎng)電壓的初始相位角。所述的步驟B的具體步驟為Bi.電網(wǎng)電壓的初始相位角通過同步坐標變換，獲得電網(wǎng)同步坐標系下有功電流以及無功電流；B2.將直流母線電壓給定以及實際直流母線電壓通過電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得有功電流給定；B3.根據(jù)功率因數(shù)和無功功率調(diào)節(jié)要求獲得無功電流給定。所述的步驟C的具體步驟為Cl.將有功電流給定和實際有功電流通過電流偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得有功電流偏差比例積分；C2.將無功電流給定和實際無功電流通過電流偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得無功電流偏差比例積分；C3.通過有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分，以及電網(wǎng)電壓前饋補償項得出電網(wǎng)電壓相位角和整流器輸出電壓。所述步驟D中的整流器輸出電壓為三相橋輸出控制電壓，所述開關(guān)器件為三相橋 IGBT模塊。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，首先，預算出電網(wǎng)電壓在PWM整流器起動前的初始相位角，這樣可以減小PWM整流器起動時的沖擊電流，達到保護IGBT器件的目的；然后，利用初始相位角通過同步坐標變換， 獲得電網(wǎng)同步坐標系下有功電流和無功電流；通過直流母線電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)獲得有功電流給定，根據(jù)功率因數(shù)和無功功率調(diào)節(jié)，獲得無功電流給定；采用有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分獲得電網(wǎng)電壓相位角以及整流器輸出電壓；通過PWM整流器數(shù)學模型和基爾霍夫電壓電流定律，可以估算出電網(wǎng)電壓的實時相位角，達到并網(wǎng)的目的。最后通過整流器輸出電壓，控制開關(guān)器件；通過控制開關(guān)器件，使PWM整流器完成負載與電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)換，達到PWM整流器同步整流的目的。本發(fā)明的矢量控制方法由于采用對電網(wǎng)電壓相位預測，省去了電網(wǎng)電壓傳感器，完成了 PWM整流器的并網(wǎng)控制，其對于無中性點的三相對稱/不對稱電網(wǎng)均具有良好的性能。通過預算獲得電網(wǎng)電壓的初始相位角，可以使整流器在單位功率因數(shù)下穩(wěn)定工作，并且無功功率也可任意可調(diào)，達到了有電網(wǎng)電壓傳感器時的同等控制性能。本發(fā)明的矢量控制方法依據(jù)能量守恒定律和基爾霍夫電壓和電流定律估算出電網(wǎng)電壓的初始相位角，因此不需要電網(wǎng)電壓傳感器，從而簡化了整流器控制系統(tǒng)，節(jié)約了系統(tǒng)的硬件成本。本發(fā)明的矢量控制方法還具有簡單實用，計算量小和穩(wěn)定性好等特點。


圖1是本發(fā)明的無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明的實施例的原理示意圖，其中ua、ub, U。為電網(wǎng)三相電壓，R為線路阻抗，L為濾波器電感，ia、ib、i。為整流器輸入電流，va、vb、V。為整流器輸出三相電壓，id。為直流母線電流，I為負載電流。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。請參閱圖1所示的一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，該矢量控制方法的具體步驟為11.預算出電網(wǎng)電壓在PWM整流器起動前的初始相位角；12.利用電網(wǎng)電壓初始相位角和整流器的輸入三相電流，初始相位角通過同步坐標變換，獲得電網(wǎng)同步坐標系下整流器輸入的有功電流和無功電流；通過直流母線電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)獲得有功電流給定，通過無功功率給定，獲得無功電流給定；13.采用有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分獲得電網(wǎng)電壓相位角以及整流器輸出電壓給定；14.通過整流器輸出電壓給定，控制開關(guān)器件。其中整流器輸出電壓為三相橋輸出控制電壓，所述開關(guān)器件為三相橋IGBT模塊。再請參閱圖2所示的PWM整流器的原理示意圖，利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流Ia、Ib、I。，利用電壓霍爾傳感器采集直流母線電壓ud。，將三相電流Ia、Ib、I。經(jīng)過靜止三相/兩相變換，得到兩相靜止坐標系下α軸電流分量Ia和β軸電流分量Ie，其中
權(quán)利要求
1.一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，其特征在于 該矢量控制方法的具體步驟為A.預算出電網(wǎng)電壓在PWM整流器起動前的初始相位角；B.初始相位角通過同步坐標變換，獲得電網(wǎng)同步坐標系下有功電流和無功電流；通過直流母線電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)獲得有功電流給定，通過無功功率給定，獲得無功電流給定；C.采用有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分獲得電網(wǎng)電壓相位角以及整流器輸出電壓；D.通過整流器輸出電壓，控制開關(guān)器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量控制方法，其特征在于 所述的步驟A的具體步驟為Al.在PWM整流器開始運行之前加若干個周期的零電壓矢量；A2.通過電流霍爾傳感器分別采集三相電流；A3.將三相電流經(jīng)過靜止三相/兩相變換，獲得兩相電流量；A4.通過兩相電流量觀測虛擬電網(wǎng)磁鏈，獲得虛擬電網(wǎng)磁鏈的初始值；A5.通過虛擬電網(wǎng)磁鏈的初始值獲得電網(wǎng)電壓的初始相位角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量控制方法，其特征在于 所述的步驟B的具體步驟為Bi.電網(wǎng)電壓的初始相位角通過同步坐標變換，獲得電網(wǎng)同步坐標系下有功電流以及無功電流；B2.將直流母線電壓給定以及實際直流母線電壓通過電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得有功電流給定；B3.根據(jù)功率因數(shù)和無功功率調(diào)節(jié)要求獲得無功電流給定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量控制方法，其特征在于 所述的步驟C的具體步驟為Cl.將有功電流給定和實際有功電流通過電流偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得有功電流偏差比例積分；C2.將無功電流給定和實際無功電流通過電流偏差比例積分調(diào)節(jié)器控制獲得無功電流偏差比例積分；C3.通過有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分，以及電網(wǎng)電壓前饋補償項得出電網(wǎng)電壓相位角和整流器輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量控制方法，其特征在于所述步驟D中的整流器輸出電壓為三相橋輸出控制電壓，所述開關(guān)器件為三相橋IGBT 模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無電網(wǎng)電壓傳感器同步PWM整流器矢量控制方法，首先，預算出電網(wǎng)電壓在PWM整流器起動前的初始相位角，然后采用同步坐標變換，獲得電網(wǎng)同步坐標系下有功電流和無功電流，通過直流母線電壓偏差比例積分調(diào)節(jié)獲得有功電流給定，通過無功功率給定，獲得無功電流給定。采用有功電流偏差比例積分和無功電流偏差比例積分獲得電網(wǎng)電壓相位角以及整流器輸出電壓，通過整流器輸出電壓，控制開關(guān)器件。本發(fā)明的矢量控制方法對于無中性點的三相對稱/不對稱電網(wǎng)均具有良好的性能。通過預算獲得電網(wǎng)電壓的初始相位角，可以使整流器在單位功率因數(shù)下穩(wěn)定工作，并且無功功率也可任意可調(diào)，達到了有電網(wǎng)電壓傳感器時的同等控制性能。
文檔編號H02M7/219GK102170239SQ20111009792
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者吳恒榮, 周細文, 周金博, 柴繼濤, 章輝 申請人:江蘇南自通華電氣成套有限公司