本發(fā)明涉及一種三相Vienna整流器,尤其涉及一種無電流傳感器的三相Vienna整流器。
背景技術:
傳統(tǒng)無電流傳感器控制策略是一種間接電流控制算法,采用電流重構技術來獲得網側三相電流信息,以實現(xiàn)無電流傳感器控制策略。該算法雖節(jié)約成本,但是需要重構網側電流,從而降低電流內環(huán)的控制準確性;其與傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)控制策略類似,采用雙閉環(huán)控制,電流波形受電流內環(huán)控制參數(shù)影響較大,并且控制算法較復雜。
三相Vienna整流器,因其開關數(shù)目少電路結構簡單、無輸出電壓橋臂直通、無需設置開關死區(qū)、輸入電流諧波含量低、可實現(xiàn)輸入單位功率因數(shù)校正等優(yōu)點,受到各國學者的廣泛關注。隨著Vienna整流器應用場合的多樣化,對其靜、動態(tài)性能的要求也越來越高,由于該整流器是一個非線性系統(tǒng),采用常規(guī)的雙閉環(huán)PI控制算法難以達到理想的控制效果。
Vienna整流器與傳統(tǒng)三電平整流器的性能類似,用以解決傳統(tǒng)三電平整器中點電位平衡問題的控制算法,可以應用在Vienna整流器中。模糊控制算法,該算法雖不易受控制系統(tǒng)影響,便于移植,但設計控制規(guī)則較為煩瑣,不易實現(xiàn)編程,在整流器研究中應用較少,而目前主要采用PI控制器。
技術實現(xiàn)要素:
為了克服Vienna整流器的生產成本,整個控制系統(tǒng)的工作效率低的難題,本發(fā)明提出一種無電流傳感器的三相Vienna整流器。
本發(fā)明采用SVPWM提高電壓利用率,降低開關工作頻率和關開損耗,同時SVPWM控制具有更好的動態(tài)性能,另外利用PI控制器輸出的平衡因子控制冗余矢量對的作用時間,實現(xiàn)中點電位平衡。
無電流傳感器的三相Vienna整流器包括:Vienna整流電路、單閉環(huán)控制、中點電位平衡控制和SVPWM脈寬調制四個部分。
所述Vienna整流電路是電流驅動型功率因數(shù)校正整流器,開關管兩端的電壓由開關管自身狀態(tài)和輸入電流方向共同決定。
所述單閉環(huán)控制是基于無電流傳感器的單閉環(huán)控制策略,該算法利用直流側電壓與參考給定電壓的誤差,計算調制波定向。
所述中點電位平衡控制利用PI控制器輸出的平衡因子控制冗余矢量對的作用時間,實現(xiàn)中點電位平衡。
所述SVPWM脈寬調制時加入平衡因子準確控制中點電位平衡的SVPWM調制。
本發(fā)明的有益效果是:降低Vienna整流器的生產成本,提高整個控制系統(tǒng)的工作效率,加入平衡因子的SVPWM具有良好的中點電位平衡控制能力,省去電流內環(huán),使控制系統(tǒng)具有高效性。
附圖說明
圖1三相Vienna整流器主電路。
圖2單閉環(huán)控制算法原理框圖。
具體實施方式
圖1中,ua、ub和uc為三相輸入電源;ia、ib和ic為三相輸入電流;ip、in為輸出直流母線正向和負向電流;L1、L2和L3為三相濾波電感,其值為L;Cp、Cn為直流側上下電容,其值為C;vCp、vCn分別為上下直流電容的電壓;RL為 輸出電阻負載;Sa,b,c為三相開關函數(shù),每個雙向開關由1個主控開關器件和4個二極管組成,結構如圖1左半部所示;每只橋臂上存在上下兩只快速恢復二極管(a相:VDap、VDan)。Vienna整流器是電流驅動型功率因數(shù)校正整流器,開關管兩端的電壓由開關管自身狀態(tài)和輸入電流方向共同決定。以a相為例,輸入電流為正,開關開通,開關管被鉗位在直流正極,此時開關兩端電壓Vap為vCp(Vdc/2);若輸入電流為負,開關開通,開關管被鉗位在直流負極,此時開關兩端電壓Van為vCn(-Vdc/2);開關管關斷,無論電流正負,開關管被鉗位在直流中點N。
圖2中,算法利用直流側電壓與參考給定電壓的誤差,將誤差信號作為PI控制器的輸入量,PI控制器的輸出作為電源電壓與功率開關端電壓的相角差,它被用于調制波定向。由于調制波的幅值Mα在一個開關工作周期內變化很小,能量傳遞的過程主要依靠相角Mθ來進行控制,另外對幅值的合理控制是Vienna整流器工作在單位功率因數(shù)下的重要條件,同時也是獲得高質量正弦電流波形的關鍵因素。整個電壓外環(huán)傳遞函數(shù)是一個三階系統(tǒng),通過合理設計PI調節(jié)器使系統(tǒng)獲得充裕的相角裕度和增益裕度,按照額定參數(shù)計算,在最佳阻尼比下,系統(tǒng)電壓外環(huán)的PI調節(jié)器的參數(shù)設計分別為kP≈14.5,kI≈187。
通過上面的PI調節(jié)器對電位差進行控制,即使在負載不平衡的情況下,中點電位也能夠得到有效的平衡控制。為消除諧波和減小開關管通斷損耗,采用七段對稱矢量合成模式的SVPWM調制,即每次矢量變化一次,開關管動作一次,采用從正小冗余矢量或負冗余矢量開始,開關管依次的開關順序為V3+(1,0,0)—V2(1,0,-1)—V4(1,-1,-1)—V3-(0,-1,-1)—V4(1,-1,-1)—V2(1,0,-1)—V3+(1,0,0)。