[发明专利]一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法

权利要求书

1.一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法，其特征在于：在即将切换至PWM整流状态的时候，插入一段准切换阶段，在这个准切换阶段中，三相旁路接触器(30)仍然保持断开的状态，并不旁路掉网侧充电的限流电阻(40)，在限流电阻(40)继续抑制回路电流的情况下，对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量初值，

在准切换阶段下试探得到虚拟磁链矢量位置和大小后，送入软件锁相环(110)，由软件锁相环(110)继续后续的虚拟磁链在线估算，直到三相旁路接触器(30)闭合，将网侧充电的限流电阻(40)旁路掉，真正切换至可控整流阶段的瞬间，软件锁相环(110)将为PWM整流控制算法提供虚拟磁链矢量初值信息。

2.根据权利要求1所述的PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法，其特征在于，整个PWM整流器从上电到完成PWM整流状态启动的过程具体分为以下三个阶段：

1)不控整流阶段

闭合三相开关(20)，依靠功率变换器(70)的续流二极管构成的不控整流电路给直流滤波电容(81)充电；三相旁路接触器(30)处于断开状态；当直流电压上升到不控整流电压且稳定后，等待施加零矢量；

2)准切换阶段

三相旁路接触器(30)仍然保持断开的状态，网侧充电的限流电阻(40)继续抑制回路电流，对PWM整流器施加零矢量PWM信号试探估算虚拟磁链矢量，停止作用零矢量后，PWM整流器又处于不控整流状态，

已知停止作用零矢量时刻虚拟磁链的瞬时相位和电网角频率后，就能够在线通过软件锁相环(110)获得虚拟磁链的实时相位，具体过程是：

对PWM整流器施加一段时间的零矢量，此时三相交流电源(10)、限流电阻(40)和三相电抗器(50)构成回路，通过电网电压矢量电网电流矢量和整流器交流侧电压矢量三者的相互关系，当作用零矢量时，上述三者的关系通过公式(4)表达：

其中的ω为三相交流电源角频率，R为限流电阻(40)的阻值；L为三相电抗器(50)的电感值；

交流电流传感器(60)检测三相交流电流值，将采集的数值送入DSP控制器(100)，此阶段虚拟磁链计算单元(120)利用公式(5)计算出虚拟磁链在两相静止坐标系下的分量ψ_α和ψ_β：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}}=\underset{t_0}{\overset{t}{\∫}}{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\α}}dt+{\mathrm{Li}}_{\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}}=\underset{t_0}{\overset{t}{\∫}}{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\β}}dt+{\mathrm{Li}}_{\mathrm{\β}}\end{array}\right.,t_0\≤t\≤t_1,---\left(5\right)$

其中i_α、i_β分别为电网电流矢量在两相静止αβ坐标下的分量；t是时间；t₀为对PWM整流器施加零矢量PWM信号的时刻；t₁为停止对PWM整流器施加零矢量PWM信号的时刻，

为消除积分漂移，采用级联低通滤波器代替公式(5)中的纯积分，级联低通滤波器的传递函数如公式(6)：

$v\left(s\right)=\frac{2{\mathrm{\ω}}_{ff}}{{(s+{\mathrm{\ω}}_{ff})}^2},---\left(6\right)$

其中ω_ff为电网电压额定角频率，s是复变量；

停止作用零矢量后，PWM整流器又回到不控整流状态，在零矢量停止作用后，软件锁相环(110)通过公式(7)获得虚拟磁链矢量的相位，在此期间，认为虚拟磁链的大小不变，则有：

θ_ψ＝θ₁+ω₀₁(t-t₁) t₁≤t≤t₂，(7)

其中θ₁为零矢量停止作用时刻即t₁时刻的虚拟磁链相位角；ω₀₁为零矢量停止作用时刻的虚拟磁链角频率；t₂为真正切入PWM整流工作状态的时刻，即进入可控整流阶段的时刻；

零矢量停止作用后，软件锁相环(110)中操作单元(111)的输入消失，如保持PI调节器(112)输出不变，则由于积分器(114)的作用，仍能够在线产生与之前的虚拟磁链相位角呈相同变化趋势的虚拟磁链相位角；

3)可控整流阶段

准切换阶段完成后，旁路掉限流电阻(40)，即三相旁路接触器(30)闭合；在真正切换至PWM整流状态的瞬间，具体过程是：

三相旁路接触器(30)闭合，限流电阻(40)退出回路，进入PWM整流工作状态，设切入PWM整流状态的时刻为t₂，通过公式(8)得到t₂时刻虚拟磁链初始位置角θ_ψ2，虚拟磁链的大小仍为t₁时刻的大小|Ψ₁|，则有：

θ_ψ2＝θ₁+ω₀₁(t₂-t₁)， (8)

则t₂时刻的虚拟磁链矢量为：

由于已知切入PWM整流工作状态时刻的虚拟磁链矢量初值就能够保证切入PWM整流状态的过程中不出现冲击电流，即成。