技术领域 本发明涉及一种电流源型整流器稳定控制并实 现低并网电流总谐波畸变率的 控制方法， 属于整流器控制方法的领域。

背景技术 说

传统的 UPS电源通常采用相控整流器，直流母线电压为 400V左右。但因其功 率因数低， 对电网污染大， 已逐渐被基于全控器件的高频 PWM整流器所取代。 高 频 PWM整流器分为电压源型和电流源型两种，其中 电流源型 PWM整流器所需要的 直流母线电压低于交流侧电压的峰峰值， 因此当直书流母线电压为 400V左右时， 用电流源型 P丽变流器可以在保持现有直流母线电压及后� �逆变器的前提下，以 较低的成本完成 UPS的升级换代工作，而对于新一代的大功率 UPS也是很好的选 择。

由于电流源型整流器交流侧使用电感电容滤波 ， 易在交流侧产生谐振， 影响 并网电流的波形并可能造成停机。相对于电压 源型整流器， 电流源型整流器的瞬 态模型阶数高， 耦合性强， 而且具有非线性的特点， 常用于电压源型整流器的直 接电流控制和间接电流控制很难在电流型整流 器上直接应用。非线性控制方法在 理论上很好地解决了电流源型整流器非线性强 耦合的问题，通过闭环控制可对交 流侧进行阻尼， 但控制性能对系统参数的依赖性强， 对参数变化敏感， 而且实现 复杂。

理论上， 在交流滤波电容上并联电阻的方式是抑制振荡 最简单和有效的方 式， 但由于电阻会产生功耗而无法实际应用。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，在电流源型整 流器直流侧闭环控制的基础上， 提出的一种在交流侧通过交流量的反馈控制实 现虚拟电阻的有源阻尼控制技术， 可有效地抑制交流侧电感电容滤波器出现的谐 振，并降低了并网电流的总谐波畸 变率， 且不影响直流侧的稳定性和动态响应特性。

本发明所述的基于虚拟电阻的电流源型整流器 包括： 用于将三相交流电直流 电的整流桥； 用于连接市电电网和整流桥的交流侧电路； 用于连接整流桥和负载 的直流侧电路； 用于连接整流桥和微处理器的整流桥功率器件 驱动单元； 用于采 样、通信和控制整流器工作的微处理器， 交流侧电路与整流桥的输入端相连， 直 流侧电路与整流桥的输出端相连，微处理器与 交流侧电路、直流侧电路及驱动单 元皆相连。

其中， 微处理器包括： 锁相环、 直流电压控制器、 交流电流控制器、 d轴对 应的加法器、 q轴对应的加法器和空间矢量 PWM脉冲生成单元， 交流电流控制器 包括坐标变换器、 d轴虚拟电阻调节器、 q轴虚拟电阻调节器、 d轴对应的除法 器和 q轴对应的除法器，锁相环的一端连接到坐标� �换器的一个输入端，锁相环 的另一端连接到坐标变换器的另一个输入端， 坐标变换器的一个输出端连接到 d 轴虚拟电阻调节器的一端， d轴虚拟电阻调节器的另一端连接到 d轴对应的除 法器的一个输入端， d轴对应的除法器的输出端连接到 d轴对应的加法器的一 个输入端， d轴对应的加法器的另一个输入端连接到直流� �压控制器的一个输出 端， d轴对应的加法器的输出端连接到空间矢量 PWM脉冲生成单元的一个输入端； 坐标变换器的另一个输出端连接到 q轴虚拟电阻调节器的一端， q轴虚拟电阻调 节器的另一端连接到 q轴对应的除法器的一个输入端， q轴对应的除法器的输出 端连接到 q轴对应的加法器的一个输入端， q轴对应的加法器的另一个输入端连 接到直流电压控制器的另一个输出端， q轴对应的加法器的输出端连接到空间矢 量 PWM脉冲生成单元的另一个输入端。

进一步的， 虚拟电阻调节器包含高通滤波器和虚拟电导环 节。

其中， 交流侧电路包括： 交流滤波电容、交流滤波电感和交流侧电压传 感器， 交流滤波电感的一端连接市电电网，交流滤波 电感的另一端与交流滤波电容的一 端一起连接到整流桥的输入端，三相交流滤波 电容的另一端连接在一起， 交流侧 电压传感器检测到交流滤波电容电压后输出到 锁相环的一端。

其中， 直流侧电路包括： 直流电感、 直流电流检测单元、 直流稳压电容、 直 流电压检测单元和负载，直流电感的一端与整 流桥的输出端的一端相连，直流电 感的另一端与直流稳压电容的正极及负载的一 端连接在一起，直流稳压电容的负 极及负载的另一端与整流桥的输出端的另一端 连接在一起，直流电流检测单元检 测到直流母线电流后分别输出到直流电压控制 器的一个输入端、 d轴对应的除法 器的另一个输入端和 q轴对应的除法器的另一个输入端，直流电压� �测单元检测 到直流母线电压后输出到直流电压控制器的另 一个输入端。

利用所述的基于虚拟电阻的电流源型整流器实 现抑制谐振并降低并网电流总 谐波畸变率的控制方法为：

第一步： 整流器上电开机后， 微处理器封锁脉冲， 整流桥的交流侧电压传感 器检测交流滤波电容电压^、 和^， 微处理器采样该电压后对其进行锁相获 得交流滤波电容电压的相位； 第二步： 整流桥直流侧的直流电压检测单元和直流电流 检测单元检测直流侧 电压和电流， 微处理器对该电压和电流进行采样后， 将其与直流电压给定 M _re/ 作 为微处理器内部直流电压控制器的输入， 计算得到直流侧的控制量。控制量的计 算方法如下：

^U err = ^U ref ^U o (1)

+- T _s u _er , (2)

311

H _n L _dc C _dc —\ 1.9 L

(3)

311 311

式中 v。和 v。 _{tem 7} 为计算过程中的中间变量， ；为采样频率， 分别为直流电 感和直流稳压电容值， 为改造后的直流侧系统的无阻尼振荡频率， 一般取值 为比直流侧电感电容的谐振频率稍大些。

第三步： 交流电流控制器内的坐标变换单元通过坐标变 换将三相静止坐标系 下的交流滤波电容电压^、 和 ^变换为两相旋转坐标系下的电压 ¾和 ， u _d 和 ^的计算方式为:

然后将 、 ^分别作为 d轴和 _q 轴虚拟阻抗调节器的输入， 所述 d轴和 _q 轴虚拟电阻调节器都由高通滤波器 W ^ + ί¾ _Ρ )和电导环节 1 / R _ff 构成， 其中 ■HP 为高通滤波器的转折频率， R _ff 为需要实现的与交流滤波电容并联的虚拟 电阻， 微处理器内 d轴和 _q 轴虚拟电阻调节器的数字算法实现分别为 ： _T W - (k - l) + (2 - ω _ΗΡ Τ, )/ (k - 1)

(2 _{+ HP} T _s )R _H ^{{ )} j 2u _q (k) - 2u _q (k - \) + (2 - co _HP T _s )I _qDamp (k - 1)

^QDAMP 、 )— (2 + ^)R _ff ^{( >} 其中 (A：)、 分别为 d轴和 _q 轴虚拟电阻调节器当前拍的输入； 、 g _DOT ^W为虚拟电阻调节器当前拍的输出； U _d (k - )、 为虚拟电阻调节器 上一拍的输入， 初始值为 0; m 为虚拟电阻调节器上一拍 的输出， 初始值为 0; 7；为采样间隔时间， 虚拟电阻调节器的输出经除法器除以 直流母线电流后便得到控制量。

第四步： 用加法器将交流侧控制量与直流侧控制量相加 ， 得到总控制量后经 空间矢量 PWM脉冲生成单元产生空间矢量 PWM脉冲，微处理器解除脉冲封锁，微 处理器输出的 P丽脉冲经整流桥功率器件驱动单元放大后控� �整流桥各管的通 断， 随着给定电压的慢慢升高， 整流装置平稳启动。

本发明的有益效果在于： 本发明在不增加硬件成本、 不浪费能量的前提下， 提出电流源型整流器抑制谐振并降低并网电流 总谐波畸变率的控制方法，通过上 述的数字控制算法， 等效于在交流侧电容上并联一个电阻， 从而可以有效地抑制 交流侧电感电容的谐振， 并降低并网电流的总谐波畸变率， 且不影响直流侧的稳 定性和动态响应特性， 控制方便， 效果明显。

附图说明

图 1为基于虚拟电阻的电流源型整流装置简化电� �图；

图 2为电流源型整流装置主电路部分；

图 3为使用虚拟电阻进行有源阻尼的控制框图；

图 4为使用无源阻尼的电流源型整器原理图；

图 5为使用虚拟电阻的电流源型整器原理图；

图中： 1、 整流桥； 2、 交流滤波电容； 3、 交流侧电压传感器； 4、 交流滤波 电感； 5、 市电电网； 6、 直流电感； 7、 直流电流检测单元； 8、 直流稳压电容； 9、 直流电压检测单元； 10、 负载； 11、 微处理器； 12、 驱动单元； 13、 直流电 压控制器； 14、 锁相环； 15、 交流电流控制器； 16、 加法器； 17、 空间矢量 PWM 脉冲生成单元； 18、 坐标变换器； 19、 d轴虚拟电阻调节器； 20、 q轴虚拟电阻 调节器； 21、 除法器。 具体实施方式

下面将结合图 1至图 5并通过具体实施方式来进一步说明本实用新� �的技术 方案。

如图 1， 本发明所述的基于虚拟电阻的电流源型整流器 包括： 用于将三相交 流电直流电的整流桥 1 ; 用于连接市电电网 5和整流桥 1的交流侧电路； 用于连 接整流桥 1和负载 10的直流侧电路；用于连接整流桥 1和微处理器 11的整流桥 功率器件驱动单元 12; 用于采样、 通信和控制整流器工作的微处理器 11， 交流 侧电路与整流桥 1的输入端相连，直流侧电路与整流桥 1的输出端相连，微处理 器 11与交流侧电路、 直流侧电路及驱动单元 12皆相连。

该电流源型整流器主电路部分如图 2所示。

微处理器 11包括： 锁相环 14、 直流电压控制器 13、 交流电流控制器 15、 d 轴对应的加法器 16、 q轴对应的加法器 16和空间矢量 PWM脉冲生成单元 17， 交 流电流控制器 15包括坐标变换器 18、 d轴虚拟电阻调节器 19、 q轴虚拟电阻调 节器 20、 d轴对应的除法器 21和 q轴对应的除法器 21， 锁相环 14的一端连接 到坐标变换器 18的一个输入端， 锁相环 14的另一端连接到坐标变换器 18的另 一个输入端，坐标变换器 18的一个输出端连接到 d轴虚拟电阻调节器 19的一端， d轴虚拟电阻调节器 19的另一端连接到 d轴对应的除法器 21的一个输入端， d 轴对应的除法器 21的输出端连接到 d轴对应的加法器 16的一个输入端， d轴对 应的加法器 16的另一个输入端连接到直流电压控制器 13的一个输出端， d轴对 应的加法器 16的输出端连接到空间矢量 PWM脉冲生成单元 17的一个输入端；坐 标变换器 18的另一个输出端连接到 q轴虚拟电阻调节器 20的一端， q轴虚拟电 阻调节器 20的另一端连接到 q轴对应的除法器 21的一个输入端， q轴对应的除 法器 21的输出端连接到 q轴对应的加法器 16的一个输入端， q轴对应的加法器 16的另一个输入端连接到直流电压控制器 13的另一个输出端， q轴对应的加法 器 16的输出端连接到空间矢量 PWM脉冲生成单元 17的另一个输入端。

进一步的， 虚拟电阻调节器包含高通滤波器和虚拟电导环 节。 交流侧电路包括： 交流滤波电容 2、 交流滤波电感 4和交流侧电压传感器 3， 交流滤波电感 4的一端连接市电电网 5， 交流滤波电感 4的另一端与交流滤波电 容 2的一端一起连接到整流桥 1的输入端，三相交流滤波电容 2的另一端连接在 一起，交流侧电压传感器 3检测到交流滤波电容电压后输出到锁相环 14的一端。

直流侧电路包括： 直流电感 6、 直流电流检测单元 7、 直流稳压电容 8、 直流 电压检测单元 9和负载 10， 直流电感 6的一端与整流桥 1的输出端的一端相连， 直流电感 6的另一端与直流稳压电容 8的正极及负载 10的一端连接在一起， 直 流稳压电容 8的负极及负载 10的另一端与整流桥 1的输出端的另一端连接在一 起， 直流电流检测单元 7检测到直流母线电流后分别输出到直流电压� �制器 13 的一个输入端、 d轴对应的除法器 21的另一个输入端和 q轴对应的除法器 21的 另一个输入端，直流电压检测单元 9检测到直流母线电压后输出到直流电压控制 器 13的另一个输入端。

利用本发明所述的基于虚拟电阻的电流源型整 流器实现网控制的方法为： 整 流器上电开机后， 交流侧电压传感器 3、 直流电流检测单元 7和直流电压检测单 元 9开始分别检测交流滤波电容电压^、 u _b 、 ^以及直流母线电流和直流母线 电压。 微处理器 11对检测单元检测到的信号进行采样， 得到各信号在微处理器 11内的数字量。使用锁相环 14对交流滤波电容电压^、 和 ^进行锁相， 得到 交流滤波电容电压的相位 0。将直流母线电流、直流母线电压和直流电� �给定 M _re/ 作为直流电压控制器 13的输入， 计算得到直流侧的控制量。 直流侧控制量的计 算方法如（1)、 （2)和（3)式所示。 将交流滤波电容电压^、 、 ^和相位 0作为 交流控制器 15的输入， 计算得到交流侧的控制量。 直流侧控制量与交流侧控制 量经加法器 16相加后得到总控制量， 将总控制量作为空间矢量 PWM脉冲生成单 元 17的输入， 调制后得到 PWM脉冲。 微处理器 11解除脉冲封锁后开始输出 PWM 脉冲， PWM脉冲经整流桥功率器件驱动单元 12放大后控制整流桥 1各管的通断， 整流器开始工作。 随着给定电压的慢慢升高， 直流装置平稳启动。

其中交流控制器实现的具体过程为： 通过坐标变换器 18将三相静止坐标系 下的交流滤波电容电压 u _a 、 u _b 和 u _c 变换为两相旋转坐标系下的电压 u _d 和 M _q 。

将 、 ^分别作为 d轴虚拟电阻调节器 19和 q轴虚拟电阻调节器 20的输入。 使用虚拟电阻进行有源阻尼的控制原理框图如 图 3所示，图中虚线框内的虚拟电 阻调节器由高通滤波器 s l s + ω _ΗΡ )和电导环节 1 / R _ff 构成， 其中 为高通滤波 器的转折频率， ^为需要实现的与交流滤波电容 2并联的的虚拟电阻。 虚拟电 阻调节器在微处理器 11内的数字算法实现如公式 (5)和 (6)所示， 其效果相当于 在交流滤波电容 2边上并一个电阻， 如图 4所示。

式中 )、 为虚拟电阻调节器当前拍的输入； I； I _qDamp (k、为 拟电阻调节器当前拍的输出； u _d (k - )、 为虚拟电阻调节器上一拍的输 入， 初始值为 0; m 为虚拟电阻调节器上一拍的输出， 初 始值为 0; 7；为采样间隔时间。 虚拟电阻调节器的输出经除法器 21除以直流母 线电流后便得到交流侧的控制量。交流调制量 控制整流桥 1开关管通断，桥臂流 过附加的电流 / _ffiflm ^ )， 如图 5所示， 实现了虚拟电阻的引入。

本发明所述的方案是在整流装置直流侧闭环控 制的基础上， 对交流侧进行基 于有源阻尼的开环控制，实现了交流侧滤波器 谐振的抑制和并网电流总谐波畸变 率的降低， 且不影响直流侧的稳态特性和动态响应。