一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本申請?zhí)峁┝艘环N基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，包括：輸入濾波器，用于對輸入電流進行濾波處理；調(diào)壓器，用于提供不同大小的輸入電壓范圍；驅(qū)動板，用于實現(xiàn)數(shù)字信號到功率信號的轉(zhuǎn)換，對絕緣柵雙極型晶體管IGBT進行PWM驅(qū)動控制；采樣板，用于對電流霍爾與電壓霍爾分別采集到的電流、電壓信號進行調(diào)理；可調(diào)負(fù)載電阻箱；開關(guān)電源；三相全橋以及直流母線電容，所述直流母線電容用于對所述直流母線電容用于接收通過所述三相全橋整流電網(wǎng)交流電后進行穩(wěn)壓儲能；核心開發(fā)板，用于對信號和指令進行響應(yīng)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)和方法
本專利技術(shù)涉及電路控制領(lǐng)域，尤其涉及一種三相電壓型PWM整流器的基于虛擬磁鏈定向的內(nèi)模控制系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
二十世紀(jì)八十年代以后，隨著可關(guān)斷電力電子器件的日趨成熟，電力電子技術(shù)得到了突飛猛進地發(fā)展，其中，整流技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于高壓直流輸電、靜止無功補償、電力機車牽引、交直流電力傳動、高性能交直流電源等電力系統(tǒng)和電氣工程中。隨著功率半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高和實際應(yīng)用的需求，整流電路的發(fā)展先后經(jīng)歷了從傳統(tǒng)整流方式到現(xiàn)在主流的脈寬調(diào)制(PWM)整流方式。目前，PWM整流技術(shù)已成為解決電網(wǎng)諧波污染及無功功率損耗，節(jié)約能源領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一。PWM整流器以PWM技術(shù)為基礎(chǔ)，對提高電網(wǎng)功率因數(shù)、降低電網(wǎng)電流諧波含量、穩(wěn)定母線電壓以及保證網(wǎng)側(cè)逆變器的正常工作有著決定性的影響。PWM整流的主要思想是通過控制開關(guān)器件的通斷，將交流電壓調(diào)制為直流電壓，達(dá)到輸出穩(wěn)定直流電壓，同時控制網(wǎng)側(cè)電壓電流，使網(wǎng)側(cè)相電流正弦化，并與網(wǎng)側(cè)相電壓同相位，使得整流器運行在單位功率因數(shù)下。由于開關(guān)管需要承受直流母線電壓，在高壓應(yīng)用場合中，兩電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對功率管的要求較高。隨著高壓大容量的電力電子裝置的日益增多，對PWM整流器的高性能控制技術(shù)的研究正逐漸成為PWM整流器技術(shù)中的研究熱點。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對傳統(tǒng)整流器的功率因素低、諧波污染大、啟動過程過流等缺點，本文提出一種將電機控制領(lǐng)域的磁鏈定向算法和內(nèi)模控制算法與整流器控制相結(jié)合的基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)。本申請?zhí)峁┝艘环N基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，包括：輸入濾波器，用于對輸入電流進行濾波處理；調(diào)壓器，用于提供不同大小的輸入電壓范圍；驅(qū)動板，用于實現(xiàn)數(shù)字信號到功率信號的轉(zhuǎn)換，對絕緣柵雙極型晶體管IGBT進行PWM驅(qū)動控制；采樣板，用于對電流霍爾與電壓霍爾分別采集到的電流、電壓信號進行調(diào)理；可調(diào)負(fù)載電阻箱；開關(guān)電源；三相全橋以及直流母線電容，所述直流母線電容用于對所述直流母線電容用于接收通過所述三相全橋整流電網(wǎng)交流電后進行穩(wěn)壓儲能；核心開發(fā)板，用于對信號和指令進行響應(yīng)。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述系統(tǒng)還包括一輸入單元，所述輸入單元與DSP之間的通信可通過SPI實現(xiàn)，能夠?qū)?shù)進行設(shè)置和修改。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述可調(diào)負(fù)載電阻箱采用的可調(diào)范圍為0-180Ω；所述直流母線電容采用兩個并聯(lián)的耐壓1200V-1100μF大電解電容；所述核心開發(fā)板采用DSP2812核心開發(fā)板；所述驅(qū)動板采用HCPL-316J光耦驅(qū)動芯片為核心的IGBT驅(qū)動板，所述開關(guān)電源可實現(xiàn)對單相220V變換得到驅(qū)動板所需的±15V與采樣板±12V及采樣調(diào)理電路所需要的±5V。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述系統(tǒng)包括主功率電路，所述主功率電路包括：直流母線電容和由六個SKM7512型號IGBT組成三相橋式整流器。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述系統(tǒng)包括取樣電路設(shè)計，包括交流側(cè)電流檢測電路、交流側(cè)電壓檢測電路、直流母線電壓檢測電路。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述交流側(cè)電流檢測電路采用電流霍爾傳感器，其輸出電流采用電阻采樣轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過反相求和電路，將交流信號抬升為直流信號，再進比例放大器調(diào)節(jié)輸出電壓信號幅值和相位，將得到的信號輸送到單片機AD采樣端口；所述交流側(cè)電壓檢測電路采用電壓霍爾傳感器，傳感器取樣信號經(jīng)過差分放大電路進行信號調(diào)理，將得到的信號輸送到單片機AD采樣端口；所述直流母線電壓檢測電路采用電阻分壓電路，通過對直流電壓進行反饋而實現(xiàn)對H橋級聯(lián)多電平逆變器實行低電壓保護。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述開關(guān)電源包括：采用UCC28740芯片設(shè)計了一款單端反激準(zhǔn)諧振開關(guān)電源。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述核心開發(fā)板中運行有主程序和中斷服務(wù)子程序；所述主程序用于對系統(tǒng)的初始化及執(zhí)行SVM算法；所述中斷服務(wù)子程序包括定時器中斷、ADC中斷子程序及捕獲中斷子程序，所述中斷服務(wù)子程序還用于嵌套執(zhí)行不同控制算法。在一個可能的實現(xiàn)方式中，所述系統(tǒng)的初始化包括系統(tǒng)的時鐘、通用輸入輸出接口、PWM模塊、捕獲模塊、AD模塊控制寄存器的配置以及系統(tǒng)中控制狀態(tài)變量的初始化；所述中斷服務(wù)子程序，包括算法和控制器的計算以及故障時的保護，輸出PWM脈沖，對電壓電流信號的采樣處理；所述ADC中斷服務(wù)子程序包括對直流母線電壓和輸出電流的采樣以及平均濾波計算；所述定時器中斷服務(wù)子程序包括優(yōu)化SVM控制算法，更新占空比以輸出控制開關(guān)管的PWM脈沖。根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制方法，所述方法至少包括以下步驟：步驟1，采集三相電壓型PWM整流器的對稱三相電流ia、ib、ic，對稱三相電壓Ua、Ub、Uc，直流母線電壓Udc；步驟2，三相電流ia、ib、ic和三相電壓Ua、Ub、Uc，經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β下的兩相電流iα、iβ兩相電壓Uα、Uβ；步驟3，兩相電壓Uα、Uβ通過虛擬磁鏈定向獲取相位角θe作為三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換角度；步驟4，兩相電流iα、iβ經(jīng)過Clark變換，輸出兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq下的兩相電流id、iq；步驟5，將d軸參考電壓U*dc與步驟1中得到的直流母線電壓Udc作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后，根據(jù)功率等價原理估計出電網(wǎng)有功參考電流I*d；步驟6，將步驟5中得到的參考電流I*d與步驟4中得到的兩相電流id作差，輸出差值(i*d-id)；步驟7，將q軸參考電流i*q與步驟4中得到的兩相電流iq作差，輸出差值(i*q-iq)；步驟8，將步驟6與步驟7中分別得到的差值(i*d-id)和(i*q-iq)經(jīng)過內(nèi)模控制(IMC)調(diào)節(jié)得到d軸參考電壓U*d和q軸參考電壓U*q；步驟9，將d軸參考電壓U*d和q軸參考電壓U*q經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系下的兩相控制電壓U*α、U*β；步驟10，將兩相控制電壓U*α、U*β進行空間矢量調(diào)制，輸出開關(guān)信號。本申請實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：本專利技術(shù)提供的一種新型的基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，虛擬磁鏈定向的矢量控制無需直接對電網(wǎng)電壓進行采樣，只需根據(jù)系統(tǒng)控制輸出電流和直流電壓就可以估算電網(wǎng)同步信號；將內(nèi)模控制技術(shù)引入到電壓型PWM整流器電流控制中，用內(nèi)模控制原理來設(shè)計電流內(nèi)環(huán)參數(shù)，該方法不過分依賴被控對象的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確度要求不高，并且控制器設(shè)計簡單，參數(shù)調(diào)試方向簡單，避免大量重復(fù)試驗損耗。附圖說明為了更清楚地說明本申請實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：輸入濾波器，用于對輸入電流進行濾波處理；/n調(diào)壓器，用于提供不同大小的輸入電壓范圍；/n驅(qū)動板，用于實現(xiàn)數(shù)字信號到功率信號的轉(zhuǎn)換，對絕緣柵雙極型晶體管IGBT進行PWM驅(qū)動控制；/n采樣板，用于對電流霍爾與電壓霍爾分別采集到的電流、電壓信號進行調(diào)理；/n可調(diào)負(fù)載電阻箱；/n開關(guān)電源；/n三相全橋以及直流母線電容，所述直流母線電容用于對所述直流母線電容用于接收通過所述三相全橋整流電網(wǎng)交流電后進行穩(wěn)壓儲能；/n核心開發(fā)板，用于對信號和指令進行響應(yīng)。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：輸入濾波器，用于對輸入電流進行濾波處理；
調(diào)壓器，用于提供不同大小的輸入電壓范圍；
驅(qū)動板，用于實現(xiàn)數(shù)字信號到功率信號的轉(zhuǎn)換，對絕緣柵雙極型晶體管IGBT進行PWM驅(qū)動控制；
采樣板，用于對電流霍爾與電壓霍爾分別采集到的電流、電壓信號進行調(diào)理；
可調(diào)負(fù)載電阻箱；
開關(guān)電源；
三相全橋以及直流母線電容，所述直流母線電容用于對所述直流母線電容用于接收通過所述三相全橋整流電網(wǎng)交流電后進行穩(wěn)壓儲能；
核心開發(fā)板，用于對信號和指令進行響應(yīng)。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一輸入單元，所述輸入單元與DSP之間的通信可通過SPI實現(xiàn)，能夠?qū)?shù)進行設(shè)置和修改。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)負(fù)載電阻箱采用的可調(diào)范圍為0-180Ω；所述直流母線電容采用兩個并聯(lián)的耐壓1200V-1100μF大電解電容；所述核心開發(fā)板采用DSP2812核心開發(fā)板；所述驅(qū)動板采用HCPL-316J光耦驅(qū)動芯片為核心的IGBT驅(qū)動板，所述開關(guān)電源可實現(xiàn)對單相220V變換得到驅(qū)動板所需的±15V與采樣板±12V及采樣調(diào)理電路所需要的±5V。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括主功率電路，所述主功率電路包括：
直流母線電容和由六個SKM7512型號IGBT組成三相橋式整流器。


5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括取樣電路設(shè)計，包括交流側(cè)電流檢測電路、交流側(cè)電壓檢測電路、直流母線電壓檢測電路。


6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模控制系統(tǒng)，其特征在于，
所述交流側(cè)電流檢測電路采用電流霍爾傳感器，其輸出電流采用電阻采樣轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過反相求和電路，將交流信號抬升為直流信號，再進比例放大器調(diào)節(jié)輸出電壓信號幅值和相位，將得到的信號輸送到單片機AD采樣端口；
所述交流側(cè)電壓檢測電路采用電壓霍爾傳感器，傳感器取樣信號經(jīng)過差分放大電路進行信號調(diào)理，將得到的信號輸送到單片機AD采樣端口；
所述直流母線電壓檢測電路采用電阻分壓電路，通過對直流電壓進行反饋而實現(xiàn)對H橋級聯(lián)多電平逆變器實行低電壓保護。


7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬磁鏈定向的PWM整流器內(nèi)模...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張海剛，劉飄，陳璇，楊明來，楊陽，孔祥勝，王步來，徐兵，萬衡，童中祥，楊俊，孫平飛，
申請(專利權(quán))人：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31