本發(fā)明屬于三相PWM變換器穩(wěn)定運(yùn)行領(lǐng)域，具體為一種電壓不平衡條件下三相PWM變換器及其優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)：

三相PWM變換器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流對(duì)稱(chēng)，單位功率因數(shù)運(yùn)行，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)功率雙向流通，其真正實(shí)現(xiàn)了“綠色電能變換”，因而被廣泛應(yīng)用于有源電力濾波器(APF)、新型不間斷電源供電(UPS)、分布式發(fā)電以及儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域等。三相PWM變換器具有的高性能是在交流側(cè)輸入電壓平衡條件下，而實(shí)際電壓不平衡現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如偏遠(yuǎn)地區(qū)的弱電網(wǎng)，微電網(wǎng)三相負(fù)荷分布不均勻，大功率負(fù)載接入，以及分布式發(fā)電的局限性，這些都會(huì)使得電壓不平衡，不平衡電壓將導(dǎo)致直流母線(xiàn)電壓波動(dòng)，交流側(cè)電流含有奇次諧波，進(jìn)而影響三相PWM變換器正常運(yùn)行。

為確保三相PWM變換器安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，提供一種電壓不平衡條件下三相PWM變換器優(yōu)化控制方法，提高三相PWM變換器交直流側(cè)電能質(zhì)量具有重要意義。

目前，針對(duì)電壓不平衡條件下提高三相PWM變換器性能的方法有多種，其中主要的3種方法是：一、恒功率控制法：恒功率控制允許直流電壓有一定的波動(dòng)，因而輸出濾波電容就會(huì)相應(yīng)的變小，當(dāng)輸入電壓不平衡時(shí)，從不平衡相輸出的負(fù)序電流增大，進(jìn)一步惡化了系統(tǒng)電能質(zhì)量；二、直接電流控制法：直接電流控制方法在輸入電壓不平衡時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)輸入電流正弦對(duì)稱(chēng)，但是直流側(cè)電壓會(huì)產(chǎn)生二次波動(dòng)，為了消除直流電壓二次波動(dòng)，就會(huì)增大直流側(cè)電解電容甚至采用超級(jí)電容，這些都會(huì)降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，同時(shí)容量大的電解電容及超級(jí)電容增加了三相PWM變換裝置的體積、費(fèi)用；三、恒功率與直接電流協(xié)調(diào)控制法：其控制目標(biāo)是根據(jù)實(shí)際需要哪個(gè)重要選取哪個(gè)，因此消除有功功率二次波動(dòng)，交流側(cè)電流就會(huì)存在負(fù)序分量，抑制交流側(cè)負(fù)序電流，有功功率就會(huì)存在二次波動(dòng)，若二者之間協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)仍舊存在負(fù)序電流和功率二次波動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

傳統(tǒng)的電壓不平衡控制方法不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)消除負(fù)序電流與有功功率二次波動(dòng)，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電壓不平衡條件下三相PWM變換器及其優(yōu)化控制方法。

本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種電壓不平衡條件下的三相PWM變換器，包括三相全橋整流電路和功率補(bǔ)償電路；其中三相全橋整流電路包括相互并聯(lián)的三組橋臂，每組橋臂都包括兩個(gè)相互串聯(lián)的IGBT，IGBT由功率管和反并聯(lián)的二極管構(gòu)成，三相全橋整流電路的交流側(cè)經(jīng)過(guò)電感與電網(wǎng)連接，直流側(cè)電容與橋臂并聯(lián)；功率補(bǔ)償電路包括電感Lac、電容Cac和一組由兩個(gè)相互串聯(lián)的IGBT構(gòu)成的橋臂，其橋臂與三相全橋整流電路直流側(cè)電容并聯(lián)，所述電感Lac和電容Cac串聯(lián)形成串聯(lián)支路，串聯(lián)支路的一端連接在橋臂的中間，另一端連接在橋臂的負(fù)極。

如上述的一種電壓不平衡條件下的三相PWM變換器的優(yōu)化控制方法，是基于諧波檢測(cè)、比例積分及諧振控制原理，并將其應(yīng)用到無(wú)需檢測(cè)相位的α-β坐標(biāo)系下三相PWM變換器數(shù)學(xué)模型之中對(duì)其進(jìn)行控制，控制器包括交流控制器與直流控制器，通過(guò)對(duì)交流側(cè)正負(fù)序電壓、交流側(cè)電流以及直流電壓進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)消除負(fù)序電流與有功功率二次波動(dòng)，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟：

步驟一：交流電壓不平衡條件下直流母線(xiàn)電壓存在二次波動(dòng)，首先采用陷波器對(duì)直流母線(xiàn)電壓濾除二次諧波，得到的直流電壓參考值V^※_dc，直流電壓V_dc與直流電壓參考值V^※_dc進(jìn)行比較后經(jīng)過(guò)PI控制得到直流電流參考值i^※_dc，然后與直流電壓參考值V^※_dc相乘得到有功功率P，無(wú)功功率Q根據(jù)實(shí)際需要給定參考值；

步驟二：檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)交流電壓e_abc、交流電流i_abc，并將其進(jìn)行α-β坐標(biāo)變換，得到α-β坐標(biāo)系下的電壓e_αβ和電流i_αβ，并對(duì)e_αβ進(jìn)行正負(fù)序分離，得到正序電壓和負(fù)序電壓

步驟三：由步驟一中得到的有功功率P與無(wú)功功率Q，以及步驟二中得到的正序電壓通過(guò)計(jì)算得到電流參考值i^※_αβ，電流參考值i^※_αβ與實(shí)際電流i_αβ進(jìn)行比較，通過(guò)比例積分諧振控制得到電壓正序分量然后與實(shí)際負(fù)序電壓疊加，經(jīng)過(guò)SVPWM控制，輸出PWM波進(jìn)而控制三相全橋整流電路；

步驟四：通過(guò)以上控制實(shí)現(xiàn)了消除交流電流負(fù)序分量的目的，但是由于負(fù)序電壓的存在，系統(tǒng)傳輸有功功率仍存在二次波動(dòng)，導(dǎo)致直流母線(xiàn)電壓存在二次波動(dòng)，直流電壓不穩(wěn)定，因此將步驟二中得到的負(fù)序電壓與電流i_αβ進(jìn)行計(jì)算得到有功功率二次波動(dòng)值，進(jìn)而得到功率補(bǔ)償電路中交流電容電壓參考值v^※_ac，然后與實(shí)際電容電壓v_ac進(jìn)行比較，然后經(jīng)過(guò)PI控制得到電流參考值i^※ac；

步驟五：檢測(cè)電感Lac處電流i_ac，與電流參考值i^※_ac進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)比例控制，輸出PWM波進(jìn)而控制功率補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)消除有功功率二次波動(dòng)。

與傳統(tǒng)的電壓不平衡條件下三相PWM變換器控制方法相比，本發(fā)明所述的優(yōu)化控制方法通過(guò)采用新型控制電路與相應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了消除交流電流負(fù)序分量與有功功率二次波動(dòng)，有效改善了系統(tǒng)交直流電能質(zhì)量，同時(shí)保證三相PWM變換器安全穩(wěn)定運(yùn)行。如圖5所示，采用本發(fā)明所述的電壓不平衡條件下三相PWM變換器控制策略，消除了交流電流負(fù)序分量，穩(wěn)定了直流母線(xiàn)電壓。本發(fā)明有效解決了電壓不平衡條件下三相PWM變換器交流側(cè)電流負(fù)序分量與有功功率二次波動(dòng)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的控制原理圖。

圖3是電壓不平衡條件下直流電壓與交流電流波形圖。

圖4是未采用本發(fā)明所述的控制方法時(shí)，只有電流控制的波形圖。

圖5是采用本發(fā)明所述的控制方法，直流電壓與交流電流波形圖。

具體實(shí)施方式

一種電壓不平衡條件下的三相PWM變換器，包括三相全橋整流電路和功率補(bǔ)償電路；其中三相全橋整流電路包括相互并聯(lián)的三組橋臂，每組橋臂都包括兩個(gè)相互串聯(lián)的IGBT，IGBT由功率管和反并聯(lián)的二極管構(gòu)成，三相全橋整流電路的交流側(cè)經(jīng)過(guò)電感與電網(wǎng)連接，直流側(cè)電容與橋臂并聯(lián)；功率補(bǔ)償電路包括電感Lac、電容Cac和一組由兩個(gè)相互串聯(lián)的IGBT構(gòu)成的橋臂，其橋臂與三相全橋整流電路直流側(cè)電容并聯(lián)，所述電感Lac和電容Cac串聯(lián)形成串聯(lián)支路，串聯(lián)支路的一端連接在橋臂的中間，另一端連接在橋臂的負(fù)極。

上述的一種電壓不平衡條件下的三相PWM變換器的優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

步驟一：首先采用陷波器對(duì)直流母線(xiàn)電壓濾除二次諧波，得到的直流電壓參考值V^※_dc，直流電壓V_dc與直流電壓參考值V^※_dc進(jìn)行比較后經(jīng)過(guò)PI控制得到直流電流參考值i^※_dc，然后與直流電壓參考值V^※_dc相乘得到有功功率P，無(wú)功功率Q根據(jù)實(shí)際需要給定參考值；

步驟二：檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)交流電壓e_abc、交流電流i_abc，并將其進(jìn)行α-β坐標(biāo)變換，得到α-β坐標(biāo)系下的電壓e_αβ和電流i_αβ，并對(duì)e_αβ進(jìn)行正負(fù)序分離，得到正序電壓和負(fù)序電壓

步驟三：由步驟一中得到的有功功率P與無(wú)功功率Q，以及步驟二中得到的正序電壓通過(guò)計(jì)算得到電流參考值i^※_αβ，電流參考值i^※_αβ與實(shí)際電流i_αβ進(jìn)行比較，通過(guò)比例積分諧振控制得到電壓正序分量然后與實(shí)際負(fù)序電壓疊加，經(jīng)過(guò)SVPWM控制，輸出PWM波進(jìn)而控制三相全橋整流電路；

步驟四：將步驟二中得到的負(fù)序電壓與電流i_αβ進(jìn)行計(jì)算得到有功功率二次波動(dòng)值，再進(jìn)行電壓參考值計(jì)算進(jìn)而得到功率補(bǔ)償電路中交流電容電壓參考值v^※_ac，然后與實(shí)際電容電壓v_ac進(jìn)行比較，然后經(jīng)過(guò)PI控制得到電流參考值i^※_ac；

步驟五：檢測(cè)電感Lac處電流i_ac，與電流參考值i^※_ac進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)比例控制，輸出PWM波進(jìn)而控制功率補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)消除有功功率二次波動(dòng)。