專利名稱：一種三電平pwm整流器直接功率控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力電子與電氣傳動的變換器控制領域，特別涉及一種三電平脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM)整流器直接功率控制方法。
背景技術：
在高壓大功率應用場合，受開關器件功率等級的限制，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整流器不僅能夠實現(xiàn)能量雙向流動、功率因數(shù)可控，而且還具有開關器件承壓低、開關頻率低、輸入電流諧波含量少等優(yōu)點，使其在工程領域得到了越來越廣泛的應用。傳統(tǒng)的NPC三電平PWM整流器是采用基于電網電壓定向的空間電壓矢量合成的控制方法，需要坐標旋轉變換、多個PI調節(jié)器和復雜的調制策略，而直接功率控制(Direct Power Control,DPC)不需要坐標旋轉變換和調制策略，經過功率滯環(huán)比較直接從開關表中選擇合適的空間電壓矢量實現(xiàn)對有功功率和無功功率的控制。因此，DPC具有控制結構和控制算法簡單，系統(tǒng)動態(tài)響應更快、效率高、魯棒性強等優(yōu)點。在DPC中，開關表的優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的控制性能，目前有多種開關表的建立途徑通過分析電流與空間電壓矢量和功率的關系；從功率守恒的角度對三電平PWM整流器進行建模分析；在整流器數(shù)學模型的基礎上結合瞬時功率理論定性分析電壓矢量與輸入有功、無功功率的關系；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現(xiàn)有功功率和無功功率的控制等。同時，在NPC三電平變換器拓撲結構中，直流側電容中點電位的不平衡是其固有的問題，中點電位不平衡會導致單管承受過高的電壓，嚴重情況下會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，控制失敗。因此，在開關表的建立中還得兼顧直流側中點電位的平衡。但是，眾多三電平整流器DPC在開關表設計過程中均采用定性分析，沒有給出在各個扇區(qū)內每個空間電壓矢量對有功功率和無功功率的具體影響程度，使得傳統(tǒng)設計的開關表在對功率的控制上效果不佳。如何構建和優(yōu)化合適的開關表是三電平整流器直接功率控制系統(tǒng)設計的關鍵。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的主要技術問題在于，克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，而提供一種控制系統(tǒng)結構和控制算法簡單、動態(tài)響應快的三電平PWM整流器直接功率控制方法，以進一步增強對NPC三電平PWM整流器瞬時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上提出了一種新的直接功率控制開關表的設計方法，新設計的開關表不僅可以實現(xiàn)網側單位功率因數(shù)，快速穩(wěn)定直流母線電壓和平衡中點電位，而且對瞬時有功功率和無功功率的快速跟蹤更加有效。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是利用NPC三電平PWM整流器的高頻數(shù)學模型和三相電路的瞬時功率理論推導出整流器的瞬時功率控制模型，根據(jù)該模型分析每個扇區(qū)內輸入有功功率、無功功率與27個基本矢量的定量關系，進而建立整流器直接功率控制的開關表，該方法包括下列步驟第一步利用開關函數(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整流器網側α β靜止坐標系下的數(shù)學模型，忽略網側線路電阻，在采樣周期內對上述
數(shù)學模型離散化，得到電流變化的表達式如下
權利要求
1. 一種三電平？麗整流器直接功率控制方法，包括網側電壓電流采樣、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)號計算和開關算法實現(xiàn)，其 特征在于開關算法的設計和實現(xiàn)，包括以下步驟；第一步利用開關函數(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 流器網側0 13靜止坐標系下的數(shù)學模型，忽略網側線路電阻，在采樣周期內對上述數(shù)學模 型離散化，得到電流變化的表達式如下
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)學模型和瞬時功率理論推導出整流器的瞬時功率控制模型；將三電平變換器的27組開關狀態(tài)所對應的基本矢量代入瞬時功率控制模型，并進行歸一化，得到基本矢量作用下有功和無功變化率的表達式；在整個矢量空間計算每個基本矢量所對應的有功和無功變化率，并對基本矢量按矢量類別、有功和無功的變化趨勢及變化率的大小進行歸類；將需跟蹤的無功功率變化率量化成兩個等級，有功功率變化率量化成四個等級，進而建立整流器直接功率控制的開關表；本發(fā)明可以實現(xiàn)網側單位功率因數(shù)，快速穩(wěn)定直流母線電壓和平衡中點電位，對瞬時有功功率和無功功率的快速跟蹤更加有效。
文檔編號H02M7/219GK102545665SQ20121002805
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權日2012年2月9日
發(fā)明者史婷娜, 夏長亮, 宋戰(zhàn)鋒, 王建, 耿強 申請人:天津大學