[发明专利]一种无网侧电动势传感器PWM整流器启动控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气工程变流控制的整流器启动控制方法及装置,特别是一种无网侧电动势传感器PWM整流器启动控制方法及装置。

背景技术

PWM整流器具有输出电压可控，交流侧电流正弦度高，功率因数可控等优点，近年来逐渐成为四象限高性能功率变换器必不可少的前端网侧接口。

在大功率应用场合，由于网侧电压的畸变使得采用电压定向控制的PWM整流器性能受到一定的影响，反过来又会进一步加剧网侧电压的畸变，成为恶性循环。近年来，采用虚拟磁链定向控制方式来解决上述问题普遍被业内所接受。

虚拟磁链定向控制方式本质上可省去网侧电动势传感器，从而提高系统的可靠性，但由于虚拟磁链观测的初值不确定性，使得在启动过程中往往出现较大的冲击电流，引起系统故障或保护动作，影响系统正常运行。

有关文献采用在启动初期施加零矢量的方法进行虚拟磁链定向初值观测，但因为电网相位未知，电流不能预测且不可控制，极易造成系统过电流，且观测时仍需对电流进行微分，观测误差较大。

发明内容

本发明目的是要提供一种无网侧电动势传感器PWM整流器启动控制方法及装置，解决在启动初期施加零矢量的方法进行虚拟磁链定向初值观测，但因为电网相位未知，电流不能预测且不可控制，极易造成系统过电流，且观测时仍需对电流进行微分，观测误差较大的问题。

本发明的目的是这样实现的：PWM整流器从上电到运行分为两个过程；

第一步为合上系统电源开关，直流电容在功率变换器未施加触发脉冲的状态依靠功率变换器中由续流二级管构成的不控整流电路进行充电，为防止充电初期过大的充电电流，充电初期将限流电阻接入交流回路中，在直流电压上升至不控整流电压时，再通过接触器旁路限流电阻，PWM整流器完成电容充电过程，等待启动信号；

第二步为启动信号到来，由系统控制器发出触发脉冲，控制整流器进入可控整流运行状态；如果启动时定向初值不准，则易引发启动冲击电流现象，引起系统故障或保护动作，影响系统正常运行；

电流传感器检测系统交流三相电流，其采样值经过四阶低通滤波器输出三相电流基波分量，相移180度；再经过电流定向角运算器输出实际电流定向角；实际电流定向角和相移及功率因数角补偿器相综合输出实际电压定向角；当直流电压上升至不控整流电压的60%时，系统控制器发出切换指令，通过三相交流接触器短接预充限流电阻，同时系统控制器控制虚拟电压定向角运算器投入运算，其输出通过虚拟网侧电动势重构器得出虚拟网侧电动势，再通过虚拟磁链运算器得出虚拟磁链定向角；

通过在系统充电阶段完成对虚拟磁链定向角度的观测，保证当启动信号到来时的无冲击电流启动。

控制装置：三相交流电源经过三相电源开关与预充限流电阻相连，再经过三相电抗器连至功率变换器，功率变换器输出与直流滤波电容相连；在预充限流电阻的二端并联有三相交流接触器的触点，系统控制器的输入端与功率变换器的信号输出端连接，系统控制器的输出端与三相交流接触器的控制线圈连接；相移及功率因数角补偿器与虚拟电压定向角运算器连接，虚拟电压定向角运算器顺序通过虚拟网侧电动势重构器和虚拟磁链运算器与系统控制器连接，同时虚拟电压定向角运算器直接与系统控制器连接；在三相电抗器和功率变换器之间的线路上连接有电流传感器，电流传感器的输出端通过四阶低通滤波器与电流定向角运算器连接，电流定向角运算器的输出端与虚拟电压定向角运算器连接。

有益效果，由于采用了上述方案，当合上三相电源开关时，系统进入不控整流对电容进行充电过程，充电电流由预充限流电阻、三相电抗器和直流滤波电流所组成的RLC电路所决定。由于充电电流为不控整流电流，畸变较大，因此将由电流传感器检测出的实际三相充电电流信号经过四阶低通滤波器进行基波提取，然后通过电流定向角运算器和相移及功率因数角补偿器输出实际电压定向角。随着直流滤波电容电压的上升，充电电流逐渐减小而变得难以观测，因此在直流电压上升至不控整流电压的60%时，切换到虚拟电压定向角运算器进行运算和输出。

为得到PWM整流启动前准确的虚拟磁链定向角，将虚拟电压定向角通过网侧电动势重构器和虚拟磁链定向角运算器输出启动前的虚拟磁链定向角，保证无冲击电流的启动过程。解决了在启动初期施加零矢量的方法进行虚拟磁链定向初值观测，但因为电网相位未知，电流不能预测且不可控制，极易造成系统过电流，且观测时仍需对电流进行微分，观测误差较大的问题，达到了本发明的目的。