[发明专利]一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换控制技术领域，涉及一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法。

背景技术

PWM整流器因具有能量可双向流动、功率因数可调和直流电压稳定等优点，大量的电力电子应用场合越来越多地将PWM整流器当作关键装置，如不间断电源、四象限变频调速、直流输电和风力发电、光伏发电等并网发电技术。因此，对PWM整流器及其控制技术进行研究，具有重要意义。

实际应用中，需要检测PWM整流器的三相电网电压、电流和直流母线电压，附加设置的众多传感器及其信号调理电路，增加了成本和系统复杂度。因此，降低PWM整流器成本成为大家关注的热点问题之一。

PWM整流器的直流母线电压传感器和电网电流传感器参与控制和保护，一般不宜删减，应用中最多的是无电网电压传感器的方案。对虚拟磁链定向控制的PWM整流器来说，由于虚拟磁链观测时需使用积分运算，如果控制器在由不控整流状态切换至可控整流阶段时，不能准确获得虚拟磁链的初始位置角及初始大小，即矢量初值存在偏差，则会使虚拟磁链观测出现持续的偏差，带来PWM整流器控制性能下降甚至因冲击电流导致故障停机无法正常启动的问题。因此，在虚拟磁链定向控制的PWM整流器中省去电网电压传感器后，虚拟磁链矢量初值的估算显得尤为重要。

到目前为止，有关虚拟磁链定向PWM整流器方面的研究大多集中在如何改善虚拟磁链观测中积分运算的偏移和振荡问题，而关于如何准确获得虚拟磁链矢量初值的报道很少。

侯兆然等在2014年11月第21期《电力系统保护与控制》上发表的“基于虚拟磁链定向的PWM整流器控制方法研究”一文中指出了准确观测虚拟磁链角度的重要性，并提出将PID控制器的抗积分饱和思想移植到虚拟磁链观测的积分运算中。这种方法的主要缺点有：1)需要合理设置虚拟磁链的输出限幅值；2)没有从根本上解决虚拟磁链矢量初始位置角观测的问题，不能保证启动过程中虚拟磁链观测的准确度。因此，还是存在启动时出现冲击电流的可能。

李华明等在2015年3月第3期《电力电子技术》上发表的“无电网电压传感器的三相PWM整流器控制”一文中提出了以电流矢量为参考坐标系的无电网电压传感器三相PWM整流器控制方案，其中通过软件锁相环获得交流侧电流角频率与相位，进而通过电流与虚拟磁链的关系间接估算虚拟磁链，这种方法的主要缺点是：为保证在空载情况下仍能正确锁相，需在直流电容上并联一个功率电阻以维持锁相环稳定需要的最小电流，这样增加了系统的空载损耗。

柴继涛等在发明专利ZL201110097922.5“无电网电压传感器同步PWM整流器矢量控制方法”中提出了在PWM整流器启动前作用一段时间的零电压矢量获取虚拟磁链矢量初值的方法，这种方法的主要缺点是：在零电压矢量作用瞬间，整流器的三相电网电压通过开关器件短时短路，仍会引起冲击电流问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法，解决了现有技术为了获得虚拟磁链矢量初值，在PWM整流器切换至PWM整流状态初期施加一段时间的零矢量，造成短时短路引起冲击电流的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种PWM整流器虚拟磁链矢量初值估算方法，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，三相旁路接触器仍然保持断开的状态，并不旁路掉网侧充电的限流电阻，在限流电阻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，由软件锁相环继续后续的虚拟磁链在线估算，直到三相旁路接触器闭合，将网侧充电的限流电阻旁路掉，真正切换至可控整流阶段的瞬间，软件锁相环将为PWM整流控制算法提供虚拟磁链矢量初值信息。

本发明的有益效果是，在PWM整流器启动期间为平滑地由不控整流状态切换至可控整流阶段，增加一段很短时间的准切换阶段，在这个准切换阶段中，并不旁路掉网侧充电限流电阻，在限流电阻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的初值，为平滑切换进入可控整流阶段提供了基本条件，避免了PWM整流器传统启动方法中不控整流到可控整流的切换过程中电流瞬态易出现过大冲击甚至造成启动失败的情况，实现平滑切换。本发明方法易于实现，算法在进入PWM整流状态前完成，不影响后续可控整流阶段的控制效果，在解决电流冲击问题的前提下，准确地对虚拟磁链矢量初值进行估算，提高了系统的可靠性。

附图说明