[发明专利]一种单相脉冲整流器电网电压估算方法

说明书

本发明公开一种单相脉冲整流器电网电压估算方法，属于电力电子技术领域，具体为：将单相脉冲整流器系统有功、无功功率分别划分为两个功率部分，建立模型参考自适应系统中参考模型的有功功率、无功功率数学模型；根据参考模型、可调模型中的有功、无功功率的误差，分别通过模型参考自适应系统中的PI控制器获得电网电压基波估算值；取消了锁相环，通过网侧电流、参考模型的有功、无功功率对电网电压的基波角度信息及角频率进行估算；对整流器的调制电压初始值进行设计，实现控制系统的平滑启动。本发明采用模型参考自适应控制思想，建立参考模型、可调模型有功、无功功率数学模型，实现了无电网电压传感器时单相脉冲整流器电网电压的准确估算。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种单相脉冲整流器电网电压估算方法。

背景技术

单相脉冲整流器以其网侧功率因数高、电流谐波小、可实现能量可双向流动等优点，已广泛应用于新能源发电、不间断电源及铁路机车牵引等领域。目前单相脉冲整流器控制方法众多且较为成熟，对于这些控制方法大致可以分为电流控制和功率控制。其中，电流控制以网侧电流为控制对象，对给定网侧电流进行准确跟踪，从而实现网侧单位功率因数和直流侧电压恒定的控制目标。而给定网侧电流的幅值和相位与电网电压息息相关。功率控制以网侧有功、无功功率为控制对象，间接地实现了网侧电流有功、无功分量的解耦控制。而系统功率的计算需要提取电网电压基波的幅值、相位等信息。因此，脉冲整流器电流控制和功率控制的实现依赖于电网电压信息的提取。

电网电压的幅值、相位及频率信息一般由锁相环(phase locked loop,PLL)获得。传统PLL通过检测网压过零点来获得其周期和相位信息，该方法简单但锁相效果差、抗谐波干扰能力弱、相位跟踪速度慢。为了提高PLL的抗干扰能力，借鉴三相锁相环原理，通过构造与网压正交的虚拟信号实现网压的锁相。虽然这些PLL方法能有效地提取网压相位、频率等信息，但其都需要通过整流器网侧电压传感器获取电网电压。而在实际工程应用中，在整流器设备距离电网较远的情况下，当网压传感器安装电网侧时，较长的电缆线路会产生电压压降，从而导致系统控制器采集的电压信号受到影响；当网压传感器安装在设备处时，传感器与电网之间的布线方案设计较为复杂。另外，当网压传感器故障时，如何保证整流器系统正常运行，也是一大挑战。为此，国内外学者相继提出了许多无网压传感器控制方法。

目前，基于虚拟电网磁链定向的脉冲整流器无网压传感器控制方法在实际中应用较为广泛。借鉴交流电机磁链观测方法，将整流器网侧电压看成一个虚拟的磁链微分量，用以取代电网电压作为定向矢量，从而省去电网电压传感器。虽然虚拟电网磁链观测器方法通过对虚拟磁链的幅值和相位估算实现了脉冲整流器的无网压传感器控制，但仍未对电网电压信息进行估算。在铁路电力牵引传动领域，牵引系统允许的输出功率与牵引网压的大小密切相关，因此，在铁路机车电力牵引传动系统中，网压幅值是必须测量或者估算的。现有的无网压传感器控制方法在其应用中必将受到限制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用模型参考自适应控制思想，建立参考模型、可调模型有功、无功功率数学模型，能够解决无电网电压传感器时电网电压的准确估算问题的单相脉冲整流器电网电压估算方法。技术方案如下：

S1：构建模型参考自适应系统中参考模型的有功功率、无功功率数学模型：

其中，P_{est_ref}和Q_{est_ref}分别为参考模型中有功功率和无功功率；i_d和i_q分别为网侧电流i_s在dq坐标系下d、q轴分量，u_abd和u_abq为调制电压u_ab在dq坐标系下d、q轴分量；L_s和R_s分别为网侧等效电感和网侧等效电阻，I_sm为网侧电流的基波幅值，ω_est为电网电压基波角频率估算值。