[发明专利]一种三相整流器电流移相过零畸变修正方法

权利要求书

1.一种三相整流器电流移相过零畸变修正方法，所述的三相整流器包括所有能量单向流动的三相整流器；

其特征在于：当某一相电感电流过零且相位超前于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，或当某一相整流器输入端电压基波分量过零且相位滞后于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，向其他两相电流移相控制信号的绝对值|i'_x|(x＝A、B、C)注入该过零相电流的畸变补偿注入电流信号i_x0(x＝A、B、C)构成电流重构控制信号i_Rx(x＝A、B、C)，畸变补偿注入电流信号的正负由被叠加相的电流移相控制信号的方向和该过零相的电流移相控制信号的穿越方向共同决定，之后电流重构控制信号i_Rx再与电压外环输出稳态值产生的幅值为U_m的载波比较，进而产生驱动信号，最终抑制能量单向流动三相整流器中三相电流移相产生的过零畸变；

所述一种基于单周期控制的能量单向流动三相整流器电流移相过零畸变修正方法步骤如下：

(1)确定补偿点：由能量单向流动的整流器特点可知，当电流过零时，此时整流器输入端电压也必须随着电流反向，因此整流器除非其输入电流工作在某一个合适的滞后角度，否则其输入端将不再能生成电路所需方向的电压，导致电流畸变，因此，补偿点与整流器输入端电压的基波分量过零点和电感电流过零点的先后顺序有关：

当电感电流相位超前整流器输入端电压的基波分量相位时，应在电感电流过零点开始补偿；当电感电流相位滞后整流器输入端电压的基波分量相位时，应在整流器输入端电压的基波分量过零点开始补偿；

(2)确定补偿时间：已知u_A、u_B、u_C为三相平衡的电源电压，ω为电源角频率，为电源电压幅值，则：

L_x(x＝A、B、C)为输入侧三相电感，工程上三相电感取值应相等，即：

L_A＝L_B＝L_C＝L

(a)假设移相后电感电流超前于电源电压的角度值为θ，此时，电感电流可以相对于电源电压进行矢量分解，与电源电压同向的矢量称为有功分量与电源电压垂直的矢量称为无功分量x代表A、B、C三相；则电感电流可以表示为：

设各相整流器输入端电压的基波分量滞后于各相电源电压的角度为则各相的滞后角可分别表示为则各相补偿时间为：

当I_A＝I_B＝I_C＝I_m时；以上三式可以改写为统一表达式：

(b)假设移相后电感电流与电源电压同相位，则电感电流畸变角度即为各相整流器输入端电压的基波分量滞后于各相电源电压的角度，即为角则各相补偿时间为：

当I_A＝I_B＝I_C＝I_m时；以上三式可以改写为统一表达式：

(c)假设移相后电感电流滞后于电源电压的角度值为θ，此时，电感电流可以相对于电源电压进行矢量分解，与电源电压同向的矢量称为有功分量与电源电压垂直的矢量称为无功分量设各相整流器输入端电压的基波分量滞后于各相电源电压的角度为则各相的滞后角度可分别表示为基于θ角与角的关系，补偿时间有以下三种情况：

<1>当时，由相量图得各相补偿时间为：

当I_A＝I_B＝I_C＝I_m时；以上三式可以改写为统一表达式：

<2>当时，由相量图可得各相补偿时间为零，即整流器输入端电压的基波分量相位与电感电流相位相同，此时电感电流波形不畸变，因此补偿时间为零；

<3>当时，由相量图得各相补偿时间为：

当I_A＝I_B＝I_C＝I_m时；以上三式可以改写为统一表达式：

(3)确定补偿的极限值：假设γ角为电感电流波形为正弦波形时电感电流滞后于电源电压的角度，基于以上，补偿的极限值有如下表示：

(a)假设移相后电感电流超前于电源电压的角度值为θ，此时，电流移相控制信号的表达式由相量图知，可以表示为：

根据相量图可得电感电流与电流移相控制信号的角度差为γ+2θ；为了防止过高的补偿系数k引起整流器控制系统超调，造成整流器输入的电感电流产生畸变，故需对改进单周期控制中的调制波幅值作如下限制：

其中U_m＝(U_oR_s)/(2·Z)为载波的幅值，R_s为电感电流采样电阻，Z为电路负载等效阻抗，U_o为整流器直流侧输出电压；

(b)假设通过移相使电感电流与电源电压为同相位，此时，由相量图知，电流移相控制信号可以表达为：

为了防止过高的补偿系数k引起整流器控制系统超调，造成整流器输入的电感电流产生畸变，故需对改进单周期控制中的调制波幅值有如下限制：

其中U_m＝(U_oR_s)/(2R_e)为载波的幅值,R_s为电感电流采样电阻，R_e为电路负载等效阻抗，U_o为整流器直流侧输出电压；

(c)假设移相后电感电流滞后于电源电压的角度为θ，此时，电流移相控制信号的表达式由相量图知，可以表示为：

根据相量图可得电感电流与电流移相控制信号的角度差为2θ-γ；为了防止过高的补偿系数k引起整流器控制系统超调，造成整流器输入的电感电流产生畸变，故需对改进单周期控制中的调制波幅值有如下限制：

其中U_m＝(U_oR_s)/(2Z)为载波的幅值，R_s为电感电流采样电阻，Z为电路负载等效阻抗，U_o为整流器直流侧输出电压；

(4)由步骤(2)中(a)知，能量单向流动三相整流器中三相电感电流为i_A、i_B、i_C，通过交流采样电阻R_s对三相电感电流i_A、i_B、i_C进行采样，得到三相电感电流采样信号R_si_A、R_si_B、R_si_C；

(5)将步骤(4)中的三相电感电流采样信号R_si_A、R_si_B、R_si_C取至运算模块中，产生选择信号、开关信号和限幅值信号；

(6)将步骤(4)中的三相电感电流采样信号R_si_A、R_si_B、R_si_C取至移相模块中，生成三相电流移相控制信号i'_A、i'_B、i'_C；

(7)将步骤(6)中的三相电流移相控制信号i'_A、i'_B、i'_C作为多路选择模块的输入，对三相电流移相控制信号i'_A、i'_B、i'_C进行选择性注入，得到多路选择信号，具体控制方式如下：

(a)如果A相电感电流过零且相位超前于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，或当A相整流器输入端电压基波分量过零且相位滞后于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，则多路选择模块将A相电流移相控制信号i'_A注入到B相电流移相控制信号i'_B中和C相电流移相控制信号i'_C中；

(b)如果B相电感电流过零且相位超前于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，或当B相整流器输入端电压基波分量过零且相位滞后于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，则多路选择模块将B相电流移相控制信号i'_B注入A相电流移相控制信号i'_A和C相电流移相控制信号i'_C；

(c)如果C相电感电流过零且相位超前于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，或当C相整流器输入端电压基波分量过零且相位滞后于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，则多路选择模块将C相电流移相控制信号i'_C注入A相电流移相控制信号i'_A和B相电流移相控制信号i'_B；

由步骤(6)知，所需的选择信号由运算模块计算得到；

(8)将步骤(7)中的多路选择信号作为注入开关模块的输入，得到三相注入电流信号，具体控制方式如下：

(a)当某一相电感电流过零且相位超前于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，或当某一相整流器输入端电压基波分量过零且相位滞后于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，闭合注入开关，使三相注入电流通过；

(b)当开关闭合时间等于补偿时间时，断开注入开关，禁止三相注入电流通过；

由步骤(7)知，所需的开关信号由运算模块计算得到；

(9)将步骤(6)中的三相电流移相控制信号i'_A、i'_B、i'_C作为符号函数模块sign(i_x)的输入，分别得到三相电流移相控制信号i'_A、i'_B、i'_C在当前时刻的方向，称为三相电流移相控制信号符号信号，具体控制方式如下：

(a)如果电流移相控制信号的值大于0，符号函数模块输出为1；

(b)如果电流移相控制信号的值小于0，符号函数模块输出为-1；

(c)如果电流移相控制信号的值恰好等于0，则符号函数模块的输出保持为上一时刻的输出；

(10)将步骤(8)中的三相注入电流信号和步骤(9)中的三相电流符号信号，经过乘法器分别相乘，得到带符号的三相注入电流信号，称为畸变补偿注入电流信号i_A0、i_B0、i_C0；

(11)将步骤(6)中的三相电流移相控制信号i'_A、i'_B、i'_C作为绝对值模块的输入，得到三相电流移相控制信号的绝对值信号|i'_A|、|i'_B|、|i'_C|；

(12)将步骤(10)中的带符号的三相注入电流信号和步骤(11)中的三相电流移相控制信号的绝对值信号|i'_A|、|i'_B|、|i'_C|对应相减，得到三相电流重构控制信号i_Rx(x＝A、B、C)；

(13)为了保证控制系统的控制信号不超调，保证系统稳定性，将步骤(12)中得到的三相电流重构控制信号送入限幅器中，使信号在可控的范围之内，由步骤(5)知，所需限幅值大小由运算模块计算得到；

(14)在电力电子变流器直流侧电压外环中，电力电子变流器直流侧电压参考值和直流侧反馈电压U_d经过减法器后输出压差信号e_u，e_u表示为：

压差信号经电压调节器PI控制后的输出作为载波信号的幅值，由单周期控制可知U_m有如下表示：

其中Z为等效负载阻抗：

Z＝R_e+j(X_L-X_C)

(15)步骤(13)中限幅后的三相电流重构控制信号，与由载波生成模块产生的幅值为U_m的载波信号，通过比较器进行信号交割产生PWM信号送入总线，进而控制电力电子变流器中开关器件的通断；

畸变补偿注入电流信号可以表示为：

式中x＝A、B、C，代表三相电流，y＝A、B、C且y≠x；

此时与载波信号比较的电流信号被重新定义，称为电流重构控制信号i_Rx(x＝A、B、C)，即：

i_Rx＝|i′_x|-i_x0。

2.一种如权利要求1所述的修正方法，其特征在于：当某一相电感电流过零且相位超前于该相整流器输入端电压基波分量的相位，或当某一相整流器输入端电压基波分量过零且相位滞后于该相整流器输入端电压基波分量的相位时，向其他两相电流移相控制信号的绝对值|i'_x|(x＝A、B、C)注入正负与畸变补偿注入电流信号相同的正弦量、余弦量或常量构成电流重构控制信号i_Rx(x＝A、B、C)，仍然能够抑制能量单向流动三相整流器中三相电流移相产生的过零畸变。