[发明专利]无电网电压传感器同步PWM整流器矢量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无电网电压传感器同步PWM整流器的矢量控制技术，更具体地说是涉及一种无电网电压传感器同步PWM整流器矢量控制方法。

背景技术

随着电力电子装置特别是整流设备的大量应用，整流设备会向电网注入了大量谐波与无功电流给电网造成了严重污染，同时再生能量无法回馈电网，造成资源的重大浪费。而PWM整流器具有输入电流正弦性好、能量可实现双向流动等特性，在风力发电以及无功补偿等领域获得广泛的应用。目前应用较多的是电压型PWM整流器，主要采用电压定向矢量控制方式，此时需要检测电网电压、输入电流以及直流母线电压。但众多的传感器以及信号处理电路会带来高成本及复杂性等问题，因而减少传感器成为PWM整流器的一个研究热点。现有无电网电压传感器矢量控制技术主要采用以下方法：

(1)估计虚拟电网磁链法

估计虚拟电网磁链方法，把PWM整流器中的电网电压看做是交流电机的气隙磁场在定子绕组中产生的感应电势，电抗器等的电感和电阻分别相当于电机定子绕组的漏感和电阻，因此把电网电压看成是一个虚拟的磁链的微分量，通过观测这个虚拟电网磁链来取代电网电压作为定向矢量，以达到省去电网电压传感器的目的。

(2)估计电网电压法

估计电网电压方法，通过对并网逆变器输出电流的积分来计算出并网侧电压，然后通过计算得出电网电压在αβ坐标系下的数学模型从而估算出电网电压的角度信号，从而达到省去电网电压传感器的目的。

但是估计虚拟电网磁链法存在初始磁链估计的问题，如果不带初始磁链估计的观测器或观测器设计不合理，则会导致PWM整流器在启动过程中产生很大电流冲击甚至无法启动。而估计电网电压法会由于在电网电压的估计中用到电流信号的微分量，从而容易引入和放大噪声干扰，而且当开关频率较低时，采用近似的微分计算将造成较大的计算误差。

目前典型PWM整流器系统的控制方法是通过检测电网侧电压得到电网侧电压的相位角，通过检测整流器电流和直流母线电压，完成电网侧有功功率和无功功率的控制，从而控制直流侧的电压，完成能量的传递。但现有的控制方法需要检测电网电压、电网侧电流以及直流母线电压，而众多的传感器以及信号处理电路会带来高成本及复杂性等问题，同时由于初始角度观测不准确还会带来PWM整流器无法启动的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无电网电压传感器同步PWM整流器矢量控制方法，不仅解决了现有技术中存在的PWM整流器需要众多的传感器和信号处理电路而导致的高成本及复杂性等问题，同时还解决了由于初始角度观测不准确而带来的PWM整流器无法启动的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种无电网电压传感器同步PWM整流器矢量控制方法，该矢量控制方法的具体步骤为：

A.预算出电网电压在PWM整流器起动前的初始相位角；

B.初始相位角通过同步坐标变换，获得电网同步坐标系下有功电流和无功电流；通过直流母线电压偏差比例积分调节获得有功电流给定，通过无功功率给定，获得无功电流给定；

C.采用有功电流偏差比例积分和无功电流偏差比例积分获得电网电压相位角以及整流器输出电压；

D.通过整流器输出电压，控制开关器件。

所述的步骤A的具体步骤为：

A1.在PWM整流器开始运行之前加若干个周期的零电压矢量；

A2.通过电流霍尔传感器分别采集三相电流；

A3.将三相电流经过静止三相/两相变换，获得两相电流量；

A4.通过两相电流量观测虚拟电网磁链，获得虚拟电网磁链的初始值；

A5.通过虚拟电网磁链的初始值获得电网电压的初始相位角。

所述的步骤B的具体步骤为：

B1.电网电压的初始相位角通过同步坐标变换，获得电网同步坐标系下有功电流以及无功电流；

B2.将直流母线电压给定以及实际直流母线电压通过电压偏差比例积分调节器控制获得有功电流给定；

B3.根据功率因数和无功功率调节要求获得无功电流给定。

所述的步骤C的具体步骤为：

C1.将有功电流给定和实际有功电流通过电流偏差比例积分调节器控制获得有功电流偏差比例积分；

C2.将无功电流给定和实际无功电流通过电流偏差比例积分调节器控制获得无功电流偏差比例积分；

C3.通过有功电流偏差比例积分和无功电流偏差比例积分，以及电网电压前馈补偿项得出电网电压相位角和整流器输出电压。

所述步骤D中的整流器输出电压为三相桥输出控制电压，所述开关器件为三相桥IGBT模块。