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专利号: 2019101301348
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:分析三相三开关两电平整流器的工作过程,运用坐标变换,建立同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型;

步骤2:结合瞬时功率理论,将同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型,转换成dq坐标系下以P,Q为变量的功率模型;

步骤3:分析三相三开关两电平整流器的边界控制条件,即以直流侧电压作为相平面的横轴,交流侧电流作为相平面的纵轴,建立标准相平面;在标准相平面内,不同状态下整流器具有不同的自然轨迹,分析交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹;

步骤4:以功率量为基础,首先以交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹,选择边界控制的自然开关面,然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则,最终得到基于三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制方法。

2.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤1中,分析三相三开关两电平整流器的工作过程,定义开关函数,建立三相三开关两电平整流器在三相静止坐标系下的数学模型;由于三相静止坐标系下的数学模型很复杂,因此需要将坐标变换引入到系统的建模过程中,利用坐标变换,得到三相三开关两电平整流器在同步旋转dq坐标系下的数学模型。

3.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤2中,根据瞬时功率理论,得到基于dq坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算式;采用电网电压定向,选取d轴的初始相角和a相初始相角相等,将上述计算式代入步骤1中所建立的同步旋转dq坐标系下的数学模型中,得到dq坐标系下以P,Q为变量的功率模型。

4.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤3中,以直流侧电压作为相平面的横轴,交流侧电流作为相平面的纵轴,建立相平面,经过简单的标准化计算,得到标准化相平面内交流侧电流降低时和电流升高时整流器的自然轨迹。

5.根据权利要求1所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤4中,在直接功率边界控制方法中,无功功率滞环比较器输出SQ数值的规则和开关矢量表与传统直接功率控制方法相同,只有直接有功功率滞环比较器输出SP数值的规则与传统直接功率控制方法不同;

有功功率滞环比较器输出Sp数值则采用一种新的规则:

I:若vdc

II:若vdc>vn_T,只有当σup>0时,Sp=0,其他情况下Sp=1。

6.根据权利要求2所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤1包括:ea、eb、ec为三相静止坐标系下电网电动势;ia、ib、ic为三相静止坐标系下交流侧三相电流;LA、LB、LC为交流侧电感,LA=LB=LC=L;R为交流侧线路等效等效电阻;C为直流侧电容;

RL为直流侧负载;vdc为直流侧电压;ed、eq、id、iq为两相同步旋转坐标系下交流侧电压与电流;

为建立三相三开两电平整流器的一般数学模型,做以下假设:1)电网电动势为理想三相正弦波;2)交流滤波电感线性无饱和;3)功率开关管均忽略死区时间,为理想开关;

定义开关函数:

a、b、c表示三相静止坐标系;

建立三相三开关两电平整流器的一般数学模型:

另外,对直流测电容正极节点处应用基尔霍夫电流定律,得:对式(2)、(3)采用坐标变换,则从三相静止坐标系(a、b、c)变换到两相同步旋转坐标系(d、q),得三相三开关两电平整流器数学模型为:式中:w为角速度,Sd、Sq为变换到dq坐标系下的开关函数。

7.根据权利要求2所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤2包括:结合瞬时功率理论,得到dq坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算式为:P=edid+eqiq,Q=eqid-ediq                  (5)采用电网电压定向,则可得到eq=0,将上式代入式(5)中可得:P=edid,Q=-ediq                     (6)将式(4)两边同时乘以ed,得到dq坐标系下以P,Q为变量的功率模型为:

8.根据权利要求3所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤3包括:边界控制使用的是自然开关面,因此选择交流侧电流作为相平面的纵轴,直流侧电压作为相平面的横轴,建立相平面,选择自然轨迹作为相轨迹;

为了得到单位功率因数,需控制iq=0,当电感等效电阻R小到可以忽略不计时,即R=0,式(4)可以简化为:式(8)中,vSd=vdcSd, 根据三相三开关两电平整流器运行原理,vSd的最大值为:当交流侧电流降低时,vSd应该为正值,即 令 将代入式(8)中得:通过使用如下三角恒等式:

式(10)可以变换成如下形式:

式中k为与ide、vdc初值相关的常数;

令vn=vdc, edn=ed, 并将其代入式(11)中,得交流侧电流降低时整流系统的自然轨迹λdown为:

在标准相平面内,λdown是一个以 为圆心,以l为半径的圆;

当电流升高时,vSd应该为负值,即 采用和电流降低时同样的推导方法,得交流侧电流升高时整流系统的自然轨迹λup为:

在标准相平面内,λup是一个以 为圆心,以m为半径的圆。

9.根据权利要求3所述基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法,其特征在于:步骤4中,为了得到三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制规则,先做如下定义:式(14)、(15)中in_T、vn_T是相平面上运行目标点的电流和电压;

通过交流侧电流降低时的自然轨迹λdown和交流侧电流升高时的自然轨迹λup,选择的边界条件自然开关面为:将αβ平面划分为12个矢量扇区,在αβ平面内,每个扇区均为30度,其相角范围可由式(18)来表示;

当电网电压矢量所在空间需要被确定时,先计算电网电压矢量E的相位角eα、eβ为αβ坐标系下的交流侧电压然后利用式(18)确定电网电压矢量E所在区间;

三相三开两电平整流器的直接功率边界控制算法中无功功率滞环比较器输出Sq数值的规则与传统直接功率控制规则相同:式(19)中q为瞬时无功功率估算值,qr为瞬时无功功率参考值,Hq为无功功率滞环比较器的滞环宽度。