專利名稱：三相pwm變換器正負(fù)序電壓前饋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相PWM變換器的正負(fù)序電壓前饋方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的三相PWM變換器控制策略中，一般是在假設(shè)三相電網(wǎng)電壓平衡的條件下進(jìn)行的，但在實(shí)際三相PWM變換器運(yùn)行時(shí)，由于大容量單相負(fù)載的使用、電網(wǎng)不對稱故障、輸電線線路不對稱等原因，常常造成電網(wǎng)電壓的不平衡。電網(wǎng)不平衡時(shí)，電網(wǎng)電壓中不僅存在正序分量，還存在負(fù)序分量，若只考慮正序分量的控制，正序分量轉(zhuǎn)化為直流分量，負(fù)序分量轉(zhuǎn)化為2倍電網(wǎng)頻率的分量，在交流側(cè)產(chǎn)生負(fù)序電流，并在直流側(cè)產(chǎn)生特征及非特征諧波電壓和電流，就會(huì)影響到三相PWM變換器的運(yùn)行性能。目前，針對電網(wǎng)電壓含正負(fù)序分量的情況，常采用雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制，即采用結(jié)構(gòu)完全對稱的正、負(fù)序dq坐標(biāo)系下雙電流內(nèi)環(huán)控制，對正、負(fù)序電流獨(dú)立控制。為產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制電壓指令，分別采用正、負(fù)序前饋解耦控制。但傳統(tǒng)的前饋解耦控制中的電網(wǎng)電壓前饋并未考慮從電壓電流采樣到PWM信號發(fā)出時(shí)同步坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓負(fù)序分量轉(zhuǎn)過的角度。而且由于正負(fù)相序分離時(shí)負(fù)序分量與正序分量存在一定的初始角度誤差，故電網(wǎng)電壓負(fù)序分量和正序分量的前饋方法也有所不同。因此，有必要設(shè)計(jì)一種三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，針對電網(wǎng)不平衡情況，在電網(wǎng)電壓前饋時(shí)，補(bǔ)償電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量的角度延遲，有效的消除三相PWM控制的滯后和負(fù)序電壓對變換器運(yùn)行的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了降低三相PWM控制的滯后和負(fù)序電壓對變換器運(yùn)行的影響，從而提供了一種三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法。三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采集變換器的三相交流側(cè)電壓、三相電流和直流側(cè)電壓，將三相電壓交流側(cè)電壓和直流側(cè)電壓分別進(jìn)行Clarke變換，獲得α β坐標(biāo)系下的電壓信號；將所述α β 坐標(biāo)系下的電壓信號進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電壓分量；將三相電流進(jìn)行Clarke 和Park變換，獲得dp坐標(biāo)系下的電流信號，將所述dp坐標(biāo)系下的電流信號進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電流分量；將獲得的正序和負(fù)序的電壓、正序和負(fù)序的電流分量采用 PWM控制算法計(jì)算獲得正負(fù)序電流環(huán)給定值；步驟二、對步驟一中獲得的dp坐標(biāo)系下經(jīng)過相序分離的正負(fù)序電流分量分別進(jìn)行前饋解耦控制，獲得PWM變換器的控制給定電壓；步驟三、計(jì)算從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay、正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴n和負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌萟"，將所述正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴m和負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴n分別進(jìn)行正負(fù)序同步坐標(biāo)系的相角補(bǔ)償；
步驟四、將步驟二中獲得的正負(fù)序PWM控制給定電壓根據(jù)步驟三獲得的補(bǔ)償后的相角分別進(jìn)行Park逆變換，獲得變換后的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序電壓，將所述變換后的α β 坐標(biāo)系下正負(fù)序電壓進(jìn)行合成，得到最終的PWM變換器的控制給定電壓，并將該控制給定電壓輸入給三相PWM變換器作為其實(shí)際給定電壓值。步驟三中所述的從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay包括三段時(shí)間，分別為從A/D采樣到計(jì)算得到PWM的比較值的時(shí)間Tdelayl、從得到比較值到在中斷時(shí)裝載比較值的時(shí)間Tdelay2和從比較值裝載到PWM發(fā)出的時(shí)間Tdelay3。步驟三中所述的正序補(bǔ)償角度Cm由從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay和電網(wǎng)電壓dq分量旋轉(zhuǎn)的角速度ω獲得，即Cn=^Miy,正序電網(wǎng)電壓前饋時(shí)的相角《為<=似+ 1。步驟三中所述的負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌劝▋刹糠盅舆tTdelay 所對應(yīng)的角度和相序分離時(shí)電網(wǎng)電壓負(fù)序分量4相對于正序分量<的初始角度《，其
中為負(fù)序所需補(bǔ)償?shù)慕嵌萟 =ωΤ _θ-負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋時(shí)的相角
"od ,com delay ° ,
=-M-θ霞。步驟四所述的正負(fù)序dq坐標(biāo)系下的PWM變換器的控制給定電壓進(jìn)行Park逆變換，獲得的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序控制給定電壓為<_ /、U+P，f、Μκ、Μκ。有益效果本發(fā)明在傳統(tǒng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制的基礎(chǔ)上，考慮到了從電壓電流信號采樣到PWM信號生成的時(shí)間延遲，在電網(wǎng)電壓前饋時(shí)將這一誤差對應(yīng)的正負(fù)序滯后相角予以補(bǔ)償，避免了 PWM控制的滯后，降低了控制滯后對PWM變換器造成的影響。同時(shí)，本發(fā)明針對相序分離時(shí)負(fù)序電壓與正序電壓的初始誤差，分別計(jì)算正、負(fù)序同步坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓所需補(bǔ)償?shù)慕嵌龋瑢ω?fù)序電壓的初始角度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，準(zhǔn)確且獨(dú)立的補(bǔ)償了正負(fù)序角度的誤差。


圖1是三相PWM變換器主電路圖，其中ea、eb、e。分別為電網(wǎng)電壓；ia、ib、i。分別為網(wǎng)側(cè)變換器交流側(cè)輸入電流山。為變換器直流側(cè)電流火為負(fù)載電流；Ud。為直流母線電壓； L為進(jìn)線電感；R為包括電感電阻在內(nèi)的每相線路等效電阻；C為直流母線電容；ua、ub、u。分別為變換器輸出電壓。濾波器除了進(jìn)線電感，還可采用LC濾波器、LCR濾波器等。圖2是 PWM變換器前饋解耦控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是電網(wǎng)正負(fù)序電壓在雙同步坐標(biāo)系下的角度關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，它由于以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采集變換器的三相交流側(cè)電壓、三相電流和直流側(cè)電壓，將三相交流側(cè)電壓和直流側(cè)電壓分別進(jìn)行Clarke變換，獲得α β坐標(biāo)系下的電壓信號；將所述α β坐標(biāo)系下的電壓信號進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電壓分量；將三相電流進(jìn)行Clarke和 Park變換，獲得dp坐標(biāo)系下的電流信號，將所述dp坐標(biāo)系下的電流信號進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電流分量；將獲得的正序和負(fù)序的電壓、正序和負(fù)序的電流分量采用PWM控制算法計(jì)算獲得正負(fù)序電流環(huán)給定值；步驟二、對步驟一中獲得的dp坐標(biāo)系下經(jīng)過相序分離的正負(fù)序電流分量分別進(jìn)行前饋解耦控制，獲得PWM變換器的控制給定電壓；步驟三、計(jì)算從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay、正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴n和負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌萟"，將所述正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴m和負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴n分別進(jìn)行正負(fù)序同步坐標(biāo)系的相角補(bǔ)償；步驟四、將步驟二中獲得的正負(fù)序PWM控制給定電壓根據(jù)步驟三獲得的補(bǔ)償后的相角分別進(jìn)行Park逆變換，獲得變換后的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序電壓，將所述變換后的α β 坐標(biāo)系下正負(fù)序電壓進(jìn)行合成，得到最終的PWM變換器的控制給定電壓，并將該控制給定電壓輸入給三相PWM變換器作為其實(shí)際給定電壓值。步驟三中所述的從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay包括三段時(shí)間，分別為從A/D采樣到計(jì)算得到PWM的比較值的時(shí)間Tdelayl、從得到比較值到在中斷時(shí)裝載比較值的時(shí)間Tdelay2和從比較值裝載到PWM發(fā)出的時(shí)間Tdelay3。步驟三中所述的正序補(bǔ)償角度Cm由從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay和電網(wǎng)電壓dq分量旋轉(zhuǎn)的角速度ω獲得，即Cn=^Miy,正序電網(wǎng)電壓前饋時(shí)的相角《為<=似+ 1。步驟三中所述的負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴n包括兩部分延遲Tdelay所對應(yīng)的角度和相序分離時(shí)電網(wǎng)電壓負(fù)序分量e^相對于正序分量<的初始角度&，其中《為
^=-arctan4)負(fù)序所需補(bǔ)償?shù)慕嵌萟 =ωΤ _θ-負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋時(shí)的相角K=-OX-θ霞。步驟四所述的正負(fù)序dq坐標(biāo)系下的PWM變換器的控制給定電壓進(jìn)行Park逆變換，獲得的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序控制給定電壓為<_ /、U+P，f、Μκ、Μκ。原理如圖1所示，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可以得到PWM整流器在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型
權(quán)利要求
1.三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，其特征是它由于以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采集變換器的三相交流側(cè)電壓、三相電流和直流側(cè)電壓，將三相交流側(cè)電壓和直流側(cè)電壓分別進(jìn)行Clarke變換，獲得α β坐標(biāo)系下的電壓信號；將所述α β坐標(biāo)系下的電壓信號進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電壓分量；將三相電流進(jìn)行Clarke和Park變換，獲得dp坐標(biāo)系下的電流信號，將所述dp坐標(biāo)系下的電流信號進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電流分量；將獲得的正序和負(fù)序的電壓、正序和負(fù)序的電流分量采用PWM控制算法計(jì)算獲得正負(fù)序電流環(huán)給定值；步驟二、對步驟一中獲得的dp坐標(biāo)系下經(jīng)過相序分離的正負(fù)序電流分量分別進(jìn)行前饋解耦控制，獲得PWM變換器的控制給定電壓；步驟三、計(jì)算從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay、正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌扔?和負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌?amp; ■，將所述正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴m和負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌?_分別進(jìn)行正負(fù)序同步坐標(biāo)系的相角補(bǔ)償；步驟四、將步驟二中獲得的正負(fù)序PWM控制給定電壓根據(jù)步驟三獲得的補(bǔ)償后的相角分別進(jìn)行Park逆變換，獲得變換后的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序電壓，將所述變換后的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序電壓進(jìn)行合成，得到最終的PWM變換器的控制給定電壓，并將該控制給定電壓輸入給三相PWM變換器作為其實(shí)際給定電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，其特征在于步驟三中所述的從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay包括三段時(shí)間，分別為從A/ D采樣到計(jì)算得到PWM的比較值的時(shí)間Tdelayl、從得到比較值到在中斷時(shí)裝載比較值的時(shí)間 Tdelay2和從比較值裝載到PWM發(fā)出的時(shí)間Tdelay3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，其特征在于步驟三中所述的正序補(bǔ)償角度Cm由從電壓電流信號采樣到PWM信號更新的時(shí)間延遲Tdelay和電網(wǎng)電壓dq分量旋轉(zhuǎn)的角速度ω獲得，即0_= 7； ，正序電網(wǎng)電壓前饋時(shí)的相角<為< =似+ 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，其特征在于步驟三中所述的負(fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌菴n包括兩部分延遲Tdelalay所對應(yīng)的角度和相序分離時(shí)電網(wǎng)電壓負(fù)序分量-相對于正序分量+的初始角度ρ-其中為& =_arcta^>)負(fù)序
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，其特征在于步驟四所述的正負(fù)序dq坐標(biāo)系下的PWM變換器的控制給定電壓進(jìn)行Park逆變換，獲得的α β坐標(biāo)系下正負(fù)序控制給定電壓為<_ /、Μ》- /、《κ、Μκ。
全文摘要
三相PWM變換器正負(fù)序電壓前饋方法，涉及一種正負(fù)序電壓前饋方法，它降低了三相PWM控制的滯后和負(fù)序電壓對變換器運(yùn)行的影響。其方法將采集的電網(wǎng)電壓進(jìn)行Clarke變換后進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電壓分量；將采集的電流進(jìn)行Park變換后進(jìn)行相序分離，獲得正序和負(fù)序的電流分量；采用PWM控制算法計(jì)算正負(fù)序電流環(huán)給定值；將正負(fù)序電流分量進(jìn)行前饋解耦控制，獲得PWM變換器的控制給定電壓；計(jì)算并將正序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌群拓?fù)序電網(wǎng)電壓前饋所需補(bǔ)償?shù)慕嵌确謩e進(jìn)行正負(fù)序同步坐標(biāo)系的相角補(bǔ)償；將PWM變換器的控制給定電壓和補(bǔ)償后的相角分別進(jìn)行Park逆變換后合成，得到最終的PWM變換器的控制給定電壓。本發(fā)明適用于三相PWM變換器的控制過程。
文檔編號H02M7/217GK102291023SQ20111024158
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者劉義成, 張學(xué)廣, 徐殿國, 景卉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)