[发明专利]一种三电平PWM整流器直接功率控制方法

摘要

本发明公开了一种三电平PWM整流器直接功率控制方法，本方法利用三电平整流器高频数学模型和瞬时功率理论推导出整流器的瞬时功率控制模型；将三电平变换器的27组开关状态所对应的基本矢量代入瞬时功率控制模型，并进行归一化，得到基本矢量作用下有功和无功变化率的表达式；在整个矢量空间计算每个基本矢量所对应的有功和无功变化率，并对基本矢量按矢量类别、有功和无功的变化趋势及变化率的大小进行归类；将需跟踪的无功功率变化率量化成两个等级，有功功率变化率量化成四个等级，进而建立整流器直接功率控制的开关表；本发明可以实现网侧单位功率因数，快速稳定直流母线电压和平衡中点电位，对瞬时有功功率和无功功率的快速跟踪更加有效。

主权项

1.一种三电平PWM整流器直接功率控制方法，包括网侧电压电流采样、直流母线上下电容电压采样、电容电压滞环比较、功率滞环比较、功率和扇区号计算和开关算法实现，其特征在于开关算法的设计和实现，包括以下步骤；第一步：利用开关函数和基尔霍夫电压定律，建立二极管箝位式三电平电压型PWM整流器网侧αβ静止坐标系下的数学模型，忽略网侧线路电阻，在采样周期内对上述数学模型离散化，得到电流变化的表达式如下：Δiα=iα(k)-iα(k-1)=TsL[eα(k)-uα(k)]Δiβ=iβ(k)-iβ(k-1)=TsL[eβ(k)-uβ(k)]]]>其中，u_α、u_β、i_α、i_β、e_α、e_β分别为整流器输入端电压、整流器输入端电流和电网电压的α、β轴分量；Δi_α、Δi_β为输入电流变化量；T_s为采样周期；L为电抗器的电感值；k表示采样时刻；第二步：在αβ静止坐标系下，将电网传输的瞬时功率在采样周期内离散化，并把离散化的电流表达式代入，得到整流器的瞬时功率控制模型：Δp=TSL[eα2(k)+eβ2(k)-eα(k)·uα(k)-eβ(k)·uβ(k)]Δq=TSL[eα(k)·uβ(k)-eβ(k)·uα(k)]]]>第三步：针对三电平变换器的27组开关状态，得到27个基本矢量v_i，将其代入瞬时功率控制模型，并进行归一化，得到Δpi‾=32||eαβ||Udc-(uαi‾·cosθ+uβi‾·sinθ)Δqi‾=uβi‾·cosθ-uαi‾·sinθ,]]>i＝1，2，......，27其中，u_αi和u_βi为v_i在αβ坐标系下的分量；||v_i||_max为v_i的量大模长；||e_αβ||为电网线电压的有效值；U_dc为直流母线总电压；θ为电网电压空间矢量的位置角；和为基本矢量v_i作用下有功和无功的变化率；第四步：计算出θ在0～360度范围内变化时，每个v_i所对应的和值；将v_i按长度分为长矢量、中矢量、小矢量和零矢量四类，根据长矢量和中矢量的位置将整个矢量图划分为12个扇区；本发明根据和值在每一扇区内的变化趋势，对长矢量、中矢量、小矢量和零矢量进行归类，同类型中各矢量对有功和无功的影响按变化率从大到小排列，得到在12个扇区中，v_i对和影响大小的分类表；第五步：本发明将需跟踪的无功功率变化经滞环比较量化成两个等级S_q＝1，0，分别表示需要增加或减少无功功率；有功功率变化量化成四个等级S_p＝2，1，0，-1，分别表示负载突增需要快速增加有功功率、需要增加有功功率、有功功率变化不大的情况下主要控制无功功率的增减、需要减少有功功率；针对S_p和S_q的8种组合，从第四步得到的分类表中选择合适的v_i，得到三电平PWM整流器直接功率控制的开关表；第六步：有功功率、无功功率的实际测量值和参考值的误差经滞环比较后被量化成S_p和S_q信号，它们和扇区信号Ф_i一起查开关表；当实现功率控制目标的基本矢量不止一个时，利用中点电位信息S和线电流信息选择其中平衡中点电位的小矢量；从而得到整流器理想开关S_a1～S_a4、S_b1～S_b4、S_c1～S_c4的PWM控制信号，最终实现三电平PWM整流器的直接功率控制。