一种电网不平衡下Vienna整流器的控制方法

本发明涉及电能变换，具体涉及一种电网不平衡下vienna整流器的控制方法。

背景技术：

1、随着多电飞机以及全电飞机技术的发展，机载设备对电源容量的需求越来越大，飞机电源系统中越来越多地采用交流变频供电系统，即通过航空发动机直接拖动发电机产生三相变频交流输入，其电压有效值为115v，频率为360～800hz。在航空供电系统中，由于其系统相对独立且内阻较大，对电网电流谐波含量有很高的要求，具有功率因数校正(pfc)功能的三相整流器在电网中尤为重要。其中三相三电平三开关(vienna)整流器具有高效率、低谐波含量、高功率密度、低电压应力等优点，非常适合应用于航空供电系统。

2、vienna整流器作为三相有源功率因数校正装置，其输入输出性能与电网质量密切相关。在实际应用中，电网会出现三相不平衡、相位偏差等异常工作状况，导致电网电压不仅存在正序分量，还包含负序和零序分量。由于负序分量的存在，若采用常规的dq坐标系下电压电流双环pi控制，会导致整流器直流侧存在二次纹波，输出电压不稳定，同时会在输入电流中引入谐波，造成电流畸变，严重时会导致整流设备异常工作甚至脱离电网。

3、基于此，需要一种新技术方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种电网不平衡下vienna整流器的控制方法，以至少解决现有技术中输出电压不稳定的问题。

2、本发明实施例提供以下技术方案：

3、本发明实施例提供一种电网不平衡下vienna整流器的控制方法，包括：

4、采样电网中vienna整流器的三相输入电压信号va、vb、vc，三相输入电流信号ia、ib、ic和输出电压信号vdc；

5、将输出电压参考值vdc-ref与所述输出电压信号vdc进行对比，以获取所述输出电压参考值vdc-ref与所述输出电压信号vdc的误差值，并将所述误差值输入比例-积分调节器中，以构成vienna整流器的电压环，其输出为k；

6、将所述三相输入电压信号va、vb、vc和所述三相输入电流信号ia、ib、ic分别经过三相-两相变换坐标系以得到对应的输入电压信号vd、vq和输入电流信号id、iq；

7、将所述输入电压信号vd、vq和所述输入电流信号id、iq分别进行正负序分离以获取输入电流信号和输入电压信号

8、基于所述输入电压信号以及输出k获取正负序电流参考值id-pref、iq-pref、id-nref、iq-nref；

9、将所述正负序电流参考值id-pref、iq-pref、id-nref、iq-nref和输入电流信号比较做差得到的误差送入滑模控制器，以构成vienna整流器的电流环；

10、获取所述滑模控制器的控制变量，并基于所述控制变量选取指数趋近率滑模控制函数，所述指数趋近率滑模控制函数为：

11、

12、进一步地，所述获取正负序电流参考值id-pref、iq-pref、id-nref、iq-nref的公式如下：

13、

14、

15、

16、

17、其中，

18、进一步地，获取所述滑模控制器的控制变量如下：

19、

20、其中，为dq坐标系下vienna整流器电流指令。

21、进一步地，所述滑模控制器的滑模控制模型为：

22、

23、其中，εi、ni、αi、ki分别为电流环滑模控制器滑模参数，分别为dq坐标系下的控制电压。

24、进一步地，在所述构成vienna整流器的电流环之后，还包括：

25、设置lyapunov函数，所述lyapunov函数公式如下：

26、

27、以所述lyapunov函数为稳定判断依据，控制所述vienna整流器的稳定运行。

28、进一步地，以所述lyapunov函数为稳定判断依据，控制所述vienna整流器的稳定运行包括：

29、在控制所述vienna整流器稳定运行满足时，则所述vienna整流器稳定运行。

30、进一步地，在获取所述滑模控制器的控制变量，并基于所述控制变量选取指数趋近率滑模控制函数之后，还包括：

31、将vienna整流器电流源的输出ua、ub、uc分别叠加零序分量uo，以获取三相调制波ux，o，x＝a，b，c；

32、将所述三相调制波ux，o与三角载波进行交截，得到开关管的导通时间tx，o，x＝a，b，c；

33、基于所述导通时间tx，o得到占空比信号，并驱动开关管开通关断，实现vienna整流器的控制。

34、进一步地，所述三相调制波ux，o的计算公示为：

35、ux，o＝ux+uo，x＝a，b，c；

36、

37、其中，其中uo为零序分量，用于增加vienna整流器的调制比，umax、umin为三相调制波ux，0的最大值和最小值，通过比较三相调制波幅值大小获得。

38、与现有技术相比，本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

39、本发明的一种电网不平衡下vienna整流器的控制方法，通过采样电网中vienna整流器的三相输入电压信号va、vb、vc，三相输入电流信号ia、ib、ic和输出电压信号vdc；将输出电压参考值vdc-ref与输出电压信号vdc进行对比，以获取输出电压参考值vdc-ref与输出电压信号vdc的误差值，并将误差值输入比例-积分调节器中，以构成vienna整流器的电压环，其输出为k；将三相输入电压信号va、vb、vc和三相输入电流信号ia、ib、ic分别经过三相-两相变换坐标系以得到对应的输入电压信号vd、vq和输入电流信号id、iq；将输入电压信号vd、vq和输入电流信号id、iq分别进行正负序分离以获取输入电流信号和输入电压信号基于输入电压信号以及输出k获取正负序电流参考值id-pref、iq-pref、id-nref、iq-nref；将正负序电流参考值id-pref、iq-pref、id-nref、iq-nref和输入电流信号比较做差得到的误差送入滑模控制器，以构成vienna整流器的电流环；获取滑模控制器的控制变量，并基于控制变量选取指数趋近率滑模控制函数，解决了现有技术中输出电压不稳定的问题，实现vienna整流器在电网不平衡下的运行控制，加快系统响应速度，可以维持整流器单位功率因数和直流电压的稳定。

技术特征：

1.一种电网不平衡下vienna整流器的控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取正负序电流参考值id-pref、iq-pref、id-nref、iq-nref的公式如下：

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，获取所述滑模控制器的控制变量如下：

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述滑模控制器的滑模控制模型为：

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述构成vienna整流器的电流环之后，还包括：

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，以所述lyapunov函数为稳定判断依据，控制所述vienna整流器的稳定运行包括：

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在获取所述滑模控制器的控制变量，并基于所述控制变量选取指数趋近率滑模控制函数之后，还包括：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述三相调制波ux，o的计算公示为：

技术总结
本发明公开了一种电网不平衡下Vienna整流器的控制方法，包括采样电网中Vienna整流器的三相输入电压信号V<subgt;a</subgt;、V<subgt;b</subgt;、V<subgt;c</subgt;，三相输入电流信号I<subgt;a</subgt;、I<subgt;b</subgt;、I<subgt;c</subgt;和输出电压信号V<subgt;dc</subgt;；将输出电压参考值V<subgt;dc‑ref</subgt;与输出电压信号V<subgt;dc</subgt;进行对比，以获取输出电压参考值V<subgt;dc‑ref</subgt;与输出电压信号V<subgt;dc</subgt;的误差值，并将误差值输入比例‑积分调节器中，以构成Vienna整流器的电压环，其输出为k；将三相输入电压信号V<subgt;a</subgt;、V<subgt;b</subgt;、V<subgt;c</subgt;和三相输入电流信号I<subgt;a</subgt;、I<subgt;b</subgt;、I<subgt;c</subgt;分别经过三相‑两相变换坐标系以得到对应的输入电压信号V<subgt;d</subgt;、V<subgt;q</subgt;和输入电流信号I<subgt;d</subgt;、I<subgt;q</subgt;。本发明解决了现有技术中输出电压不稳定的问题，实现Vienna整流器在电网不平衡下的运行控制，加快系统响应速度，可以维持整流器单位功率因数和直流电压的稳定。

技术研发人员：林凯华,卢建宁
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21