三相功率變換器變矢量個數(shù)直接功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子與電氣傳動的變換器控制領(lǐng)域，具體涉及一種三相功率變換 器變矢量個數(shù)直接功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三相電壓型脈寬調(diào)制變換器以其輸入電流正弦度好、單位功率因數(shù)、及能量雙向 流動等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于整流、交流調(diào)速、有源濾波、無功補(bǔ)償和新能源并網(wǎng)發(fā)電等領(lǐng)域。其 經(jīng)典的控制方法主要包括電網(wǎng)電壓定向控制（voltageorientedcontrol,V0C)和直接功 率控制（directpowercontrol，DPC)。在DPC中，開關(guān)表的優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的控制 性能，目前有多種開關(guān)表的建立途徑：從功率守恒的角度對變換器進(jìn)行建模分析；通過分 析電流與空間電壓矢量和功率的關(guān)系；通過一種基于DPC的最優(yōu)向量通用判據(jù)來選擇合適 的電壓矢量實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的控制；在變換器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合瞬時功率理 論定性分析電壓矢量與輸入有功、無功功率的關(guān)系等。在瞬時功率理論基礎(chǔ)上得出的傳統(tǒng) 直接功率控制矢量表中，能使有功功率增加且無功功率增加和能使有功功率增加且無功功 率減少的非零矢量有兩個而并非一個，致使有功功率具有較大的穩(wěn)態(tài)紋波。因此本發(fā)明提 出一種三相功率變換器變矢量個數(shù)直接功率控制方法，該方法不僅算法簡單，更明顯地減 小了有功功率的穩(wěn)態(tài)紋波。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提供一種三相功率變換器變矢 量個數(shù)直接功率控制方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，三相功率變換器變矢量個數(shù)直接功 率控制方法，包括以下步驟：（1)、檢測三相功率變換器系統(tǒng)的三相電網(wǎng)電壓、三相輸入電 流和直流母線電壓；（2)、將檢測到的三相電網(wǎng)電壓和三相輸入電流經(jīng)過3/2變換模塊得 到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓和輸入電流采樣值，并計算出有功功率與無功功率的實(shí) 際值；（3)、將三相電網(wǎng)電壓信號經(jīng)過軟件鎖相環(huán)（PLL)得到電網(wǎng)電壓位置角，并將其分為 0。-60。、60。-120。、120。-180。、180。-240。、240。-300。和 300。-360。六個扇 區(qū)；(4)、將直流母線電壓參考值與步驟（1)得到的直流母線電壓實(shí)際值做差，經(jīng)過PI控制 器得到電流參考值，電流參考值與直流母線電壓實(shí)際值相乘得到有功功率參考值，且設(shè)無 功功率的參考值為〇 ;(5)、通過步驟（2)得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓、有功功率與 無功功率的實(shí)際值和8種不同的電壓矢量計算出相應(yīng)電壓矢量作用下有功、無功功率的變 化率，當(dāng)變化率大于零時說明該電壓矢量能使功率增加，當(dāng)變化率小于零時說明該電壓矢 量能使功率減少；(6)、在不同扇區(qū)根據(jù)有功、無功功率變化率得出8種不同電壓矢量中能 使有功功率增加且無功功率增加的兩個非零矢量和能使有功功率增加且無功功率減少的 兩個非零矢量，以及能使有功功率減少且無功功率增加的一個非零矢量和能使有功功率減 少且無功功率減少的一個非零矢量，再考慮零矢量的加入，即每個扇區(qū)得到2組均包括兩 個非零矢量和一個零矢量的矢量組合和2組均包括一個非零矢量和一個零矢量的矢量組 合，則電網(wǎng)電壓在0° -360°區(qū)間內(nèi)，得出24組矢量組合；（7)、根據(jù)步驟（6)得到有功、無 功功率在不同扇區(qū)內(nèi)受不同電壓矢量作用時的變化趨勢，建立對應(yīng)的改進(jìn)矢量表；(8)、將 步驟⑵得到的有功、無功功率的實(shí)際值和步驟⑷得到的有功、無功功率的參考值比較得 出有功、無功功率實(shí)際值的變化趨勢；(9)、根據(jù)電網(wǎng)電壓位置角所在扇區(qū)和有功、無功功率 實(shí)際值的變化趨勢從步驟（7)中得到的改進(jìn)矢量表中選擇相應(yīng)的電壓矢量組，并根據(jù)該矢 量組各個矢量對有功、無功功率的變化率和有功、無功功率的參考值與實(shí)際值的差值進(jìn)行 計算，得出相應(yīng)矢量作用的時間；（10)、將步驟（9)得到的控制矢量作用的時間轉(zhuǎn)換為控制 功率器件的開關(guān)信號。
[0005] 本方法控制算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以明顯減小有功功率波動和電流諧波，保證系 統(tǒng)的控制品質(zhì)。
【附圖說明】
[0006] 圖1為三相功率變換器主電路結(jié)構(gòu)；圖2為有功功率為1000W無功功率為OVar時， 變換器輸入側(cè)電壓矢量對有功、無功功率的變化率；圖3為三個矢量（如K3、K4、〇時開關(guān) 模式生成方法圖；圖4為三相功率變換器變矢量個數(shù)直接功率控制框圖；圖5為采用傳統(tǒng) 直接功率控制矢量表的交流側(cè)a相電流波形圖和頻譜圖；圖6為采用改進(jìn)矢量表的交流側(cè) a相電流波形圖和頻譜圖；圖7為采用傳統(tǒng)直接功率控制矢量表的有功、無功功率實(shí)驗(yàn)波形 圖；圖8為采用改進(jìn)矢量表的有功、無功功率實(shí)驗(yàn)波形圖。
[0007] 具體實(shí)施方法 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0008] 三相功率變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，wga、wgb、wg。為交流側(cè)三相電 壓源，'、4、4為交流側(cè)三相電流，Hb、V為變換器輸入側(cè)三相電壓，&為直流側(cè)母 線電壓，Z和7?分別為進(jìn)線電感及其等效電阻，以J直流濾波電容，直流側(cè)負(fù)載由電阻足等 效表示。
[0009] 三相功率變換器的數(shù)學(xué)模型可通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系中，表示為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. H相功率變換器變矢量個數(shù)直接功率控制方法，其特征在于包括W下步驟：（1)、 檢測H相功率變換器系統(tǒng)的H相電網(wǎng)電壓、H相輸入電流和直流母線電壓；（2)、將檢測到 的H相電網(wǎng)電壓和H相輸入電流經(jīng)過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓和 輸入電流采樣值，并計算出有功功率與無功功率的實(shí)際值；（3)、將H相電網(wǎng)電壓信號經(jīng) 過軟件鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓位置角，并將其分為0° -60°、60° -120°、120° -180°、 180° -240°、240° -300°和300° -360°六個扇區(qū)；(4)、將直流母線電壓參考值與步驟 (1)得到的直流母線電壓實(shí)際值做差，經(jīng)過PI控制器得到電流參考值，電流參考值與直流 母線電壓實(shí)際值相乘得到有功功率參考值，且設(shè)無功功率的參考值為0 ;巧）、通過步驟（2) 得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓、有功功率與無功功率的實(shí)際值和8種不同的電壓矢 量計算出相應(yīng)電壓矢量作用下有功、無功功率的變化率，當(dāng)變化率大于零時說明該電壓矢 量能使功率增加，當(dāng)變化率小于零時說明該電壓矢量能使功率減少；化）、在不同扇區(qū)根據(jù) 有功、無功功率變化率得出8種不同電壓矢量中使有功功率增加且無功功率增加的兩個非 零矢量和使有功功率增加且無功功率減少的兩個非零矢量，W及使有功功率減少且無功功 率增加的一個非零矢量和使有功功率減少且無功功率減少的一個非零矢量，再考慮零矢量 的加入，即每個扇區(qū)得到2組均包括兩個非零矢量和一個零矢量的矢量組合和2組均包括 一個非零矢量和一個零矢量的矢量組合，則電網(wǎng)電壓在0° -360°區(qū)間內(nèi)，得出24組矢量 組合；（7)、根據(jù)步驟（6)得到有功、無功功率在不同扇區(qū)內(nèi)受不同電壓矢量作用時的變化 趨勢，建立對應(yīng)的改進(jìn)矢量表；巧）、將步驟（2)得到的有功、無功功率的實(shí)際值和步驟（4) 得到的有功、無功功率的參考值比較得出有功、無功功率實(shí)際值的變化趨勢；巧）、根據(jù)電網(wǎng) 電壓位置角所在扇區(qū)和有功、無功功率實(shí)際值的變化趨勢從步驟（7)中得到的改進(jìn)矢量表 中選擇相應(yīng)的電壓矢量組，并根據(jù)該矢量組各個矢量對有功、無功功率的變化率和有功、無 功功率的參考值與實(shí)際值的差值進(jìn)行計算，得出相應(yīng)矢量作用的時間；（10)、將步驟（9)得 到的控制矢量作用的時間轉(zhuǎn)換為控制功率器件的開關(guān)信號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相功率變換器變矢量個數(shù)直接功率控制方法，該方法是通過在瞬時功率理論的基礎(chǔ)上得出改進(jìn)矢量表，即在一個控制周期內(nèi)同時引入一個或兩個非零矢量和一個零矢量，然后根據(jù)電網(wǎng)電壓位置角所在扇區(qū)、有功功率與無功功率的實(shí)際值和有功功率與無功功率的參考值，從改進(jìn)矢量表中選擇兩個或三個可以同時減小有功功率、無功功率與參考值間誤差的最佳電壓矢量。本發(fā)明方法控制簡單，算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以明顯地減小有功功率波動和電流諧波，保證系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
【IPC分類】H02M7-219
【公開號】CN104617798
【申請?zhí)枴緾N201510097502
【發(fā)明人】王萌, 祁明艷, 施艷艷, 馬鵬飛, 高金輝
【申請人】河南師范大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年3月5日