一种三相变流器控制方法

摘要

一种三相变流器控制方法。本发明方法包括：首先确定滞后时间tD后的三相网侧输入电压，再确定三相网侧指令输出电压再确定网侧指令输出电压所在扇区S，再确定相邻开关矢量执行时间Ti和Tj，最后确定三相调制信号ma、mb、mc，通过比较三角载波与三相调制信号ma、mb、mc，可得出开关控制信号。本发明的优点：(1)通过式1的预测环节，对由于运算延时和控制周期导致的控制滞后进行补偿；(2)用式2求取网侧输出指令电压，无需park变换，解耦以及PI调节环节，简化了调试和编程过程；(3)结合表1、表2、表3的新型空间矢量合成方法，无需角度计算，增强了处理的快速性和实时性。

权利要求

1.一种三相变流器控制方法，其特征在于，求取三相控制信号sa、sb、sc的具体步骤如下：第一步，确定总的滞后时间tD，tD=td+T，其中，td为运算延迟时间，T为控制周期；

第二步，确定tD时刻后的三相网侧输入电压ua(t+tD)、ub(t+tD)、uc(t+tD)，通过下式求得，其中，f为网侧输入电压频率，ua、ub、uc分别为三相网侧输入电压，其中两相网侧输入电压通过电压传感器采样得到，另一相网侧输入电压为这两相网侧输入电压值相加再取反得到的；

第三步，确定三相网侧指令电流 将直流侧指令电压值 减去传感器传

出的直流侧实际电压值vdc，得出的结果通过PI调节器，调节后得出的结果与第二步得出的tD时刻后的三相网侧输入电压ua(t+tD)、ub(t+tD)、uc(t+tD)相乘得到对应的三相网侧指令电流第四步，确定三相网侧指令输出电压 通过下式求得，

其中，L为网侧电感的电感值，R为网侧电阻的电阻值，ia、ib、ic为三相网侧电流，其中两相网侧电流通过电流传感器采样得到，另一相网侧电流为这两相网侧电流值相加再取反得到的；

第五步，确定网侧指令输出电压所在扇区S，按照下表，通过网侧指令输出电压两两相之差的符号判断网侧指令输出电压所在扇区S，第六步，确定相邻开关矢量执行时间Ti和Tj，其中Ti为网侧指令输出电压相邻的顺时针方向开关矢量执行时间，Tj为网侧指令输出电压相邻的逆时针方向开关矢量执行时间，通过第四步求出的三相网侧指令输出电压 和第五步求出的扇区S，Ti和Tj通过下表求出，第七步，通过第五步求出的扇区S和第六步求出的相邻开关矢量执行时间Ti、Tj，三相调制信号ma、mb、mc通过下表求出，其中Tx根据设计者自行设定，并满足第八步，设定载波周期与控制周期T相同的三角载波，并与三相调制信号ma、mb、mc进行比较，当三角载波大于第k相调制信号mk时，对应第k相控制信号sk=1，即第k相上桥臂开关闭合，下桥臂开关断开；当三角载波小于第k相调制信号mk时，对应第k相控制信号sk=0，即第k相上桥臂开关断开，下桥臂开关闭合，这里k等于a或b或c。

说明书

一种三相变流器控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于三相电压型变流器，其作用为整流和逆变，可用于变频器，无功补偿器，有源滤波器，并网发电等领域。

背景技术

[0002] 当今的变流器主要采取双环控制，即内环采用电流控制，外环采用PI调节器，为了在整流逆变的同时，提高网侧功率因数并减小开关频率。在传统的控制方法中，大多需要解耦，park变换和PI参数整定等，方法比较复杂，而且由于控制周期和运算延时的影响，会出现控制滞后，故效果不能达到最佳。

发明内容

[0003] 本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种三相变流器控制方法。 [0004] 本发明通过两个电压传感器来测量网侧电压，两个电流传感器来测量网侧电流，用一个电压传感器测量直流侧电压，其测量信号通过AD转换进入DSP，输出三相控制信号来控制三相开关管，达到控制网侧电流的目的，算法简便，易于实现，而且性能优越。 [0005] 本发明提供的三相变流器控制方法，是用相邻开关矢量和零开关矢量对网侧指令输出电压进行合成得到控制信号，具体步骤如下：

[0006] 第一步，确定总的滞后时间tD，tD＝td+T，其中，td为运算延迟时间，T为控制周期； [0007] 第二步，确定tD时刻后的三相网侧输入电压ua(t+tD)、ub(t+tD)、uc(t+tD)，通过式(1)求得，

[0008]

[0009]

[0010]

[0011] 其中，f为网侧输入电压频率，ua、ub、uc分别为三相网侧输入电压，其中两相网侧输入电压通过电压传感器采样得到，另一相网侧输入电压为这两相网侧输入电压值相加再取反得到的；

[0012] 第三步，确定三相网侧指令电流 将直流侧指令电压值 减去传感器传出的直流侧实际电压值vdc，得出的结果通过PI调节器，调节后得出的结果与第二步得出的tD时刻后的三相网侧输入电压ua(t+tD)、ub(t+tD)、uc(t+tD)相乘即可得到对应的三相网侧指令电流

[0013] 第四步，确定三相网侧指令输出电压 通过式(2)求得，

[0014]

[0015]

[0016] 其中，L为网侧电感的电感值，R为网侧电阻的电阻值，ia、ib、ic为三相网侧电流，其中两相网侧电流通过电流传感器采样得到，另一相网侧电流为这两相网侧电流值相加再取反得到的；

[0017] 第五步，确定网侧指令输出电压所在扇区S，按照以下表1，通过网侧指令输出电压 两两相之差的符号即可判断网侧指令输出电压所在扇区S，

[0018] 表1为

[0019]

[0020] 第六步，确定相邻开关矢量执行时间Ti和Tj，其中Ti为网侧指令输出电压矢量相邻的顺时针方向开关矢量执行时间，Tj为网侧指令输出电压矢量相邻的逆时针方向开关矢量执行时间，通过第四步求出的三相网侧指令输出电压 和第五步求出的扇区S，Ti和Tj可以通过以下表2求出，

[0021] 表2为

[0022]

[0023] 第七步，通过第五步求出的扇区S和第六步求出的相邻开关矢量执行时间Ti、Tj，三相调制信号ma、mb、mc可以通过以下表3求出，其中Tx可以根据设计者自行设定，并满足 [0024] 表3为

[0025]

[0026] 第八步，设定三角载波周期与控制周期T相同，并与三相调制信号ma、mb、mc进行比较，当三角载波大于第k相调制信号mk时，对应第k相控制信号sk＝1，即第k相上桥臂开关闭合，下桥臂开关断开；当三角载波小于第k相调制信号mk时，对应第k相控制信号sk＝0，即第k相上桥臂开关断开，下桥臂开关闭合，这里k等于a或b或c。

[0027] 本发明的优点和积极效果：

[0028] 本发明针对三相电压型变流器，提出了一种新型的基于空间矢量的电流控制方法。本 发明通过两个电压传感器来测量网侧电压，两个电流传感器来测量网侧电流，用一个电压传感器测量直流侧电压，其测量信号通过AD转换进入DSP，输出三相控制信号来控制三相开关管，达到控制网侧电流的目的。算法简便，易于实现，而且性能优越。本发明具有如下优点：

[0029] (1)式1是预测tD时刻后的三相网侧输入电压的方法，可以对由于运算延时和控制周期导致的控制滞后进行补偿。如无此环节，网侧电压和网侧电流可能会产生相移，尤其在较低开关频率情况下，相移更加明显，进而导致较低的功率因数；如增加此环节，网侧电压和网侧电流便不会产生相移，即使在较低开关频率情况下，也不会产生相移，故可以达到低开关损耗和高功率因数的效果。

[0030] (2)式2是一种求取网侧指令输出电压的新方法，无需park变换，解耦以及PI调节环节，故简化了调试和编程过程；

[0031] (3)结合表1、表2、表3是一种新型空间矢量合成方法，无需角度计算，增强了处理的快速性和实时性。

[0032] 故综上所述，优点(1)属于优化系统性能，体现其优越性；优点(2)和(3)属于简化控制过程，体现其简便性。

附图说明

[0033] 附图是本发明变流器总控制流程图。

[0034] 附图中：1、三相网侧输入电压源，2、网侧电感，3、网侧电阻，4、三相网侧输出电压节点，5、电力电子开关器件，6、直流侧滤波电容，7、三相网侧指令电流，8、三相网侧指令输出电压，9、网侧指令输出电压矢量所在扇区，10、相邻开关矢量执行时间，11、三相调制信号，12、三相控制信号，13、tD时刻后的三相网侧输入电压。

具体实施方式

[0035] 本发明工作原理

[0036] 本发明通过两个电压传感器来测量网侧电压，两个电流传感器来测量网侧电流，用一个电压传感器测量直流侧电压，其测量信号通过AD转换进入DSP，输出三相控制信号来控制三相开关管，达到控制网侧电流的目的。整个控制过程分为外环和内环两个方面。 [0037] 在系统外环方面，由于控制周期和运算延时的影响，必然存在一定的滞后性，即控制效果滞后于期望效果tD时刻。由于传统的控制方法没有对这种滞后性给予补偿，故网侧电压和网侧电流会产生一定相移。为解决这个问题，本发明在系统外环增加了一种补偿方法，通过预测tD时刻后的网侧输入电压，求取网侧指令电流。由于网侧指令电流是通过外环PI调节器输出值与tD时刻后的网侧输入电压相乘得到的，故网侧指令电流在相位上超前网侧输入电压tD时刻，与控制滞后的tD时刻相互抵消，故可以达到网侧无相移，高 功率因数的目的。

[0038] 在系统内环方面，本发明采用一种新型空间矢量控制，将网侧实际电流跟踪网侧指令电流的过程，转化为运用开关矢量合成网侧指令输出电压的过程。在得知电感值和控制周期的前提下，通过DSP的强大运算功能可以很容易的求出网侧指令输出电压，通过网侧指令输出电压所在扇区及其坐标，求出三相调制信号ma、mb、mc，最后通过事件管理器输出控制信号sa、sb、sc。总控制流程如附图所示。

[0039] 本发明的具体步骤如下：

[0040] 假设运算延迟时间td为75μs，控制周期T为200μs，网侧输入电压频率f＝50HZ，圆周率π取3.1415926，网侧电感值L＝2.3mH，网侧电阻值R＝0.3Ω。 [0041] 第一步，计算出总的滞后时间tD为275μs。

[0042] 第二步，根据已知信息可得tan(π·f·tD)＝0.0432，sin(2π·f·tD)＝0.08624。 [0043] 第三步，以下开始编写代码，编写如下代码：采样三相网侧输入电压ua、ub、uc中的任意两相，这两相网侧输入电压通过电压传感器得到的，另一相网侧输入电压为这两相网侧输入电压值相加再取反得到的。

[0044] 第四步，通过式(1)及第二步求得的参数tan(π·f·tD)和sin(2π·f·tD)，可以预测tD时刻后的三相网侧输入电压13，即编写如下代码：

[0045] ua(t+tD)＝0.04979·uc-0.04979·ub-0.962744·ua

[0046] ub(t+tD)＝0.04979·ua-0.04979·uc-0.962744·ub

[0047] uc(t+tD)＝0.04979·ub-0.04979·ua-0.962744·uc

[0048] 第五步，编写如下代码：将直流侧指令电压值 减去传感器传出的实际直流侧电压值vdc，得出的结果通过PI调节器，得出的结果与第四步得出的tD时刻后的三相网侧输入电压13相乘，得到三相网侧指令电流7，用 来代表。

[0049] 第六步，编写如下代码：采样三相网侧电流ia、ib、ic中的任意两相，这两相网侧电流通过电流传感器得到的，另一相网侧电流为这两相网侧电流值相加再取反得到的。 [0050] 第七步，通过式(2)可以求得三相网侧指令输出电压8，用 来代表，即编写如下代码：

[0051]

[0052]

[0053]

[0054] 第八步，通过表1可以求得网侧指令输出电压所在扇区9，用S来代表，即编写的代码如表1。

[0055] 第九步，通过表2求得相邻开关矢量执行时间10，用Ti和Tj来代表，即编写的代码如表2。

[0056] 第十步，通过表3求得三相调制信号11，用ma、mb、mc来代表，即编写的代码如表3。 [0057] 第十一步，求取三相控制信号12，用sa、sb、sc来代表，这一步用DSP的事件管理器来实现，即编写如下代码：用三角载波与三相调制信号ma、mb、mc进行比较，当三角载波大于第k相调制信号mk时，对应第k相控制信号sk＝1；当三角载波小于第k相调制信号mk时，对应第k相控制信号sk＝0，这里k等于a或b或c。