專利名稱：一種三電平pwm整流器直接功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子與電氣傳動(dòng)的變換器控制領(lǐng)域，特別涉及一種三電平脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)整流器直接功率控制方法。
背景技術(shù)：
在高壓大功率應(yīng)用場合，受開關(guān)器件功率等級(jí)的限制，傳統(tǒng)的兩電平整流器已不能滿足要求，而二極管箝位式(Neutral Point Clamped, NPC)三電平PWM整流器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能量雙向流動(dòng)、功率因數(shù)可控，而且還具有開關(guān)器件承壓低、開關(guān)頻率低、輸入電流諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)，使其在工程領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的NPC三電平PWM整流器是采用基于電網(wǎng)電壓定向的空間電壓矢量合成的控制方法，需要坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換、多個(gè)PI調(diào)節(jié)器和復(fù)雜的調(diào)制策略，而直接功率控制(Direct Power Control,DPC)不需要坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換和調(diào)制策略，經(jīng)過功率滯環(huán)比較直接從開關(guān)表中選擇合適的空間電壓矢量實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率和無功功率的控制。因此，DPC具有控制結(jié)構(gòu)和控制算法簡單，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快、效率高、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在DPC中，開關(guān)表的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的控制性能，目前有多種開關(guān)表的建立途徑通過分析電流與空間電壓矢量和功率的關(guān)系；從功率守恒的角度對(duì)三電平PWM整流器進(jìn)行建模分析；在整流器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合瞬時(shí)功率理論定性分析電壓矢量與輸入有功、無功功率的關(guān)系；通過一種基于DPC的最優(yōu)向量通用判據(jù)來選擇合適的電壓矢量實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的控制等。同時(shí)，在NPC三電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，直流側(cè)電容中點(diǎn)電位的不平衡是其固有的問題，中點(diǎn)電位不平衡會(huì)導(dǎo)致單管承受過高的電壓，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，控制失敗。因此，在開關(guān)表的建立中還得兼顧直流側(cè)中點(diǎn)電位的平衡。但是，眾多三電平整流器DPC在開關(guān)表設(shè)計(jì)過程中均采用定性分析，沒有給出在各個(gè)扇區(qū)內(nèi)每個(gè)空間電壓矢量對(duì)有功功率和無功功率的具體影響程度，使得傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的開關(guān)表在對(duì)功率的控制上效果不佳。如何構(gòu)建和優(yōu)化合適的開關(guān)表是三電平整流器直接功率控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，而提供一種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制算法簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的三電平PWM整流器直接功率控制方法，以進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)NPC三電平PWM整流器瞬時(shí)有功功率和無功功率的控制，本發(fā)明在整流器新的功率控制模型基礎(chǔ)上提出了一種新的直接功率控制開關(guān)表的設(shè)計(jì)方法，新設(shè)計(jì)的開關(guān)表不僅可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)，快速穩(wěn)定直流母線電壓和平衡中點(diǎn)電位，而且對(duì)瞬時(shí)有功功率和無功功率的快速跟蹤更加有效。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是利用NPC三電平PWM整流器的高頻數(shù)學(xué)模型和三相電路的瞬時(shí)功率理論推導(dǎo)出整流器的瞬時(shí)功率控制模型，根據(jù)該模型分析每個(gè)扇區(qū)內(nèi)輸入有功功率、無功功率與27個(gè)基本矢量的定量關(guān)系，進(jìn)而建立整流器直接功率控制的開關(guān)表，該方法包括下列步驟第一步利用開關(guān)函數(shù)和基爾霍夫電壓定律，建立二極管箝位式三電平電壓型 PWM整流器網(wǎng)側(cè)α β靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，忽略網(wǎng)側(cè)線路電阻，在采樣周期內(nèi)對(duì)上述
數(shù)學(xué)模型離散化，得到電流變化的表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1. 一種三電平？麗整流器直接功率控制方法，包括網(wǎng)側(cè)電壓電流采樣、直流母線上下 電容電壓采樣、電容電壓滯環(huán)比較、功率滯環(huán)比較、功率和扇區(qū)號(hào)計(jì)算和開關(guān)算法實(shí)現(xiàn)，其 特征在于開關(guān)算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟；第一步利用開關(guān)函數(shù)和基爾霍夫電壓定律，建立二極管箝位式三電平電壓型？麗整 流器網(wǎng)側(cè)0 13靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，忽略網(wǎng)側(cè)線路電阻，在采樣周期內(nèi)對(duì)上述數(shù)學(xué)模 型離散化，得到電流變化的表達(dá)式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三電平PWM整流器直接功率控制方法，本方法利用三電平整流器高頻數(shù)學(xué)模型和瞬時(shí)功率理論推導(dǎo)出整流器的瞬時(shí)功率控制模型；將三電平變換器的27組開關(guān)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的基本矢量代入瞬時(shí)功率控制模型，并進(jìn)行歸一化，得到基本矢量作用下有功和無功變化率的表達(dá)式；在整個(gè)矢量空間計(jì)算每個(gè)基本矢量所對(duì)應(yīng)的有功和無功變化率，并對(duì)基本矢量按矢量類別、有功和無功的變化趨勢(shì)及變化率的大小進(jìn)行歸類；將需跟蹤的無功功率變化率量化成兩個(gè)等級(jí)，有功功率變化率量化成四個(gè)等級(jí)，進(jìn)而建立整流器直接功率控制的開關(guān)表；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)，快速穩(wěn)定直流母線電壓和平衡中點(diǎn)電位，對(duì)瞬時(shí)有功功率和無功功率的快速跟蹤更加有效。
文檔編號(hào)H02M7/219GK102545665SQ20121002805
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者史婷娜, 夏長亮, 宋戰(zhàn)鋒, 王建, 耿強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)