一种基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率协调控制方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率协调控制方法，属于电力电子技术领域。所述控制方法包括以下步骤：采集三相电网电流和直流母线电压，并计算出虚拟磁链；根据电网电流和虚拟磁链计算出瞬时功率；将负载功率作为整体前馈，再加上直流母线电容功率得到有功功率参考值，并计算瞬时功率误差；计算整流器参考电压，并进行坐标反变换；对整流器参考电压进行限幅后利用空间矢量调制方法，产生PWM整流器的驱动信号。本发明在有效抑制负载突变时直流母线电压波动、提高系统运行效率的同时，省去了电网电压传感器，降低了控制系统硬件成本，提高了控制系统可靠性，且在功率内环省去了多个PI调节器，降低了系统的复杂程度。

主权项

一种基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集三相电网电流和直流母线电压，计算电网侧虚拟磁链；$\left\{\begin{array}{c}{\psi }_{\alpha }=\int u_{\alpha }\mathrm{dt}+{\mathrm{Li}}_{\alpha }\\ {\psi }_{\beta }=\int u_{\beta }\mathrm{dt}+{\mathrm{Li}}_{\beta }\end{array}\right.$式中$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\alpha }=\frac{2}{3}{U}_{\mathrm{DC}}(S_a-\frac{1}{2}(S_b+S_c))\\ u_{\beta }=\frac{1}{\sqrt{3}}{U}_{\mathrm{DC}}(S_b-S_c)\end{array}\right.$其中，u_α、u_β为整流器参考电压α轴和β轴分量，i_α和i_β为采集的电网电流α轴和β轴分量，U_DC为采集的直流母线电压，S_a、S_b、S_c为PWM整流器开关信号；(2)建立两相旋转坐标系，以角速度ω逆时针旋转；将虚拟磁链定向在两相旋转坐标系的d轴上；ψ_d为虚拟磁链d轴分量，ψ_q为零；i_d和i_q为电网电流d轴和q轴分量；θ为两相旋转坐标系d轴与A轴夹角；将步骤(1)采集的电网电流和计算的虚拟磁链进行旋转坐标系变换，即可得到虚拟磁链和电网电流的d轴和q轴分量；计算公式如下：$\left[\begin{array}{c}{\psi }_d\\ {\psi }_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \theta & \sin \theta \\ -\sin \theta & \cos \theta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\psi }_{\alpha }\\ {\psi }_{\beta }\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \theta & \sin \theta \\ -\sin \theta & \cos \theta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\alpha }\\ i_{\beta }\end{array}\right]$(3)瞬时功率计算按下列公式分别计算瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q，$\left\{\begin{array}{c}p=\frac{3}{2}\omega {\psi }_d{i}_q\\ q=\frac{3}{2}\omega {\psi }_d{i}_d\end{array}\right.$其中，ω为虚拟磁链角速度；(4)瞬时功率误差计算将期望得到的直流母线电压平方值与步骤(1)采集到的直流母线电压平方值进行做差，将该差值经PI调节器得到直流母线电容功率P_c，再将直流母线电容功率P_c加上负载功率P_load，得到瞬时有功功率P的给定值P^*＝P_c+P_load；在系统单位功率因数运行时，Q的参考值为零；则按下列公式计算瞬时功率误差为：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Delta P}=P^{*}-P\\ \mathrm{\Delta Q}=Q^{*}-Q\end{array}\right.$其中，ΔP和ΔQ分别为P和Q的参考值与实际值的误差；(5)整流器参考电压计算根据步骤(2)得到的虚拟磁链、电网电流和步骤(4)得到的瞬时功率误差，按下式计算整流器参考电压：$\left\{\begin{array}{c}{u}_d=-\frac{2\mathrm{L\Delta P}}{3\omega T_s{\psi }_d}+\omega {\psi }_d-\omega {\mathrm{Li}}_d\\ u_q=-\frac{2\mathrm{L\Delta Q}}{3\omega T_s{\psi }_d}-\omega {\mathrm{Li}}_q\end{array}\right.$式中，u_d和u_q为两相旋转坐标系整流器参考电压d轴和q轴分量；T_s为系统采样周期；L为电网侧输入电感值；(6)对步骤(5)计算的整流器参考电压进行坐标反变换，并对坐标反变换后的整流器参考电压进行限幅，计算公式如下：$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }\\ u_{\beta }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \theta & -\sin \theta \\ \sin \theta & \cos \theta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right]$$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\alpha }^{\prime }=\frac{u_{\alpha }{u}_{\max }}{\sqrt{u_{\alpha }^2+u_{\beta }^2}}\\ u_{\beta }^{\prime }=\frac{u_{\beta }{u}_{\max }}{\sqrt{u_{\alpha }^2+u_{\beta }^2}}\end{array}\right.$式中，u_α和u_β为两相静止坐标系整流器参考电压α轴和β轴分量；u′_α和u′_β为两相静止坐标系限幅后的整流器参考电压α轴和β轴分量；(7)采用空间矢量调制算法对限幅后的整流器参考电压进行调制后产生PWM整流器开关信号，并将开关信号通过驱动电路驱动功率开关器件。