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一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的方法

文檔序號(hào):9219395閱讀:937來源:國(guó)知局
一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于逆變電源控制技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi) 環(huán)控制增益的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變電路可實(shí)現(xiàn)直流電能到交流電能的變換,已被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)、家用 電器、交通運(yùn)輸、工業(yè)電源和航空航天等領(lǐng)域。將逆變技術(shù)應(yīng)用于照明系統(tǒng)節(jié)能,既可以利 用綠色能源(太陽(yáng)能和風(fēng)能等),減少對(duì)環(huán)境的污染;同時(shí)也可以節(jié)約電量,提高能源效率。 針對(duì)單相逆變器的控制策略被相繼提出,并且得到了深入的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前,較為成熟、控制效果較好的單相逆變器控制方案有以下幾種:電壓?jiǎn)苇h(huán)PID 控制、重復(fù)控制、無差拍控制、"電壓、電流"雙環(huán)控制等。其中:電壓?jiǎn)苇h(huán)PID控制方法存在 跟蹤正弦波形不精確,易受非線性負(fù)載影響造成電壓、電流畸變等不利因素;重復(fù)控制利用 擾動(dòng)的重復(fù)性隨基波周期地修正輸出電壓,能夠獲得很高的穩(wěn)態(tài)精度,但由于重復(fù)控制的 前向通道串聯(lián)了一個(gè)周期延遲環(huán)節(jié),導(dǎo)致重復(fù)控制器需延遲一個(gè)基波周期才對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào) 節(jié)作用,其動(dòng)態(tài)特性較差;無差拍控制需要精確的數(shù)學(xué)模型,抑制隨機(jī)的負(fù)載擾動(dòng)存在一定 的困難;"電壓、電流"雙環(huán)控制是高性能逆變電源的發(fā)展方向之一,電流內(nèi)環(huán)普遍采用濾波 電感電流或?yàn)V波電容電流控制,電壓外環(huán)常用的PI控制,雖然可以做到"電流內(nèi)環(huán)相應(yīng)速 度快,帶負(fù)載能力強(qiáng),電壓外環(huán)算法簡(jiǎn)單、可靠性高"等優(yōu)點(diǎn),但存在電壓外環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差受電 流內(nèi)環(huán)增益限制影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能,電流內(nèi)環(huán)增益小影響系統(tǒng)快速性等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的方法,解決 了現(xiàn)有技術(shù)中電壓外環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差受電流內(nèi)環(huán)增益限制、電流內(nèi)環(huán)增益小,非線性負(fù)載影響 造成電壓、電流畸變的問題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是,一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的方 法,單相全橋逆變電源的給定電壓Vtof與負(fù)載輸出電壓V。負(fù)反饋運(yùn)算后經(jīng)電壓外環(huán)比例調(diào) 節(jié)器,電壓外環(huán)比例調(diào)節(jié)器的輸出作為電容電流給定值i&rf,電容電流給定值1&#和電容電 流通過電容電流預(yù)測(cè)控制函數(shù)f(Vd。,V。,Ts,ic,L)計(jì)算出各個(gè)開關(guān)管的占空比,經(jīng)過PWM 調(diào)制產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形控制單相全橋逆變電源;各個(gè)開關(guān)管的占空比經(jīng)過直流輸入電壓Vd。得 到單相全橋逆變電源側(cè)的輸出電壓VD,單相全橋逆變電源側(cè)的輸出電壓VD與負(fù)載輸出電壓 V。負(fù)反饋運(yùn)算得到電感電壓Vy電感電壓'經(jīng)過電感數(shù)學(xué)模型積分處理得到電感電流U, 電感電流L負(fù)載電流i。負(fù)反饋運(yùn)算得到電容電流ic,電容電流、經(jīng)過電容數(shù)學(xué)模型積分 處理得到負(fù)載輸出電壓V。。
[0006] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0007] 電壓外環(huán)比例調(diào)節(jié)器的電壓外環(huán)比例調(diào)節(jié)系數(shù)心=>,其中,C為單相全橋逆變 x i1 電源中的電容值,Ts為采樣周期。
[0008] 電感數(shù)學(xué)模型積分為,其中,L為單相全橋逆變電源中的電感值。 Ls + \
[0009] 電容數(shù)學(xué)模型積分為7T,其中,C為單相全橋逆變電源中的電容值。 Ls
[0010] 電容電流給定值itof和電容電流ic通過電容電流預(yù)測(cè)控制函數(shù)f(vd。,V。,Ts,ic,L) 計(jì)算出各個(gè)開關(guān)管的占空比,經(jīng)過PWM調(diào)制產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形控制單相全橋逆變電源,具體步 驟為:
[0011] 步驟1、在單相全橋逆變電源的電路中的(n-l)Ts時(shí)刻采樣中斷,得到(11-1)1^時(shí) 亥IJ的電容電流值ic (n-1)、直流輸入電壓值Vd。、負(fù)載輸出電壓V。、(n-1)Ts周期內(nèi)第一開關(guān)管 S1 的占空KDjn-l),
[0012] 其中,Ts為開關(guān)周期;
[0013] 步驟2、通過公式(1)計(jì)算nTs時(shí)刻的電容電流的預(yù)測(cè)值/(.(/7):
[0014]
(1)
[0015] 其中,L為單相全橋逆變電源中的電感值;
[0016] 步驟3、判斷/(.,.,./.(/,)4.(") +;^(匕飛)是否成立,如果成立,則1^周期內(nèi)第一開 關(guān)管S1的占空比Dsl(n)、第四開關(guān)管S4的占空比Ds4(n)為Dsl(n) =Ds4(n) = 1,nTs周期 內(nèi)第二開關(guān)管S2的占空比DS2 (n)、第三開關(guān)管S3的占空比DS3 (n)與第一開關(guān)管S1、第四開 關(guān)管S4的占空比互補(bǔ)為DS2(n) =DS3(n) = 0,轉(zhuǎn)到步驟7 ;如果不成立,則轉(zhuǎn)到步驟4 ; _7] 步驟4、判斷/(.,.,?4.(")-|(匕_ +匕)是否成立,如果成立,則印周期內(nèi)第一開 關(guān)管S1的占空比Dsl(n)、第四開關(guān)管S4的占空比Ds4(n)為Dsl(n) =Ds4(n) =0,nTs周期 內(nèi)第二開關(guān)管S2的占空比DS2(n)、第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n)為DS2(n) =DS3(n) = 1, 轉(zhuǎn)到步驟7 ;如果不成立,則轉(zhuǎn)到步驟5 ;
[0018] 步驟5、將nTs時(shí)刻電容電流給定值i(n)賦值給期內(nèi)電容電流平均值 孓("),即:
[0019] I-(/?) = /; ",(//) (2)
[0020] 通過公式⑴中得到的電容電流的預(yù)測(cè)值/(⑷計(jì)算nTs周期內(nèi)第一開關(guān)管S1的 占空比Di(n)即電容電流預(yù)測(cè)控制函數(shù)f(Vd。,V。,Ts,ic,L)為:
[0021]
[0022] 步驟6、根據(jù)公式(4)計(jì)算經(jīng)過中值處理后的第一開關(guān)管SI的占空比Dsl(n):
[0023]
- (4)
[0024] 其中,為nTs周期內(nèi)穩(wěn)態(tài)時(shí)第一開關(guān)管S1的占空比;
[0025] 經(jīng)過中值處理后的第四開關(guān)管S4的占空比Ds4(n) =Dsl(n);
[0026] 經(jīng)過中值處理后的第二開關(guān)管S2的占空比、第三開關(guān)管S3的占空比DS2(n)= DS3(n) =l-Dsl(n);
[0027] 步驟7、產(chǎn)生占空比為Dsl(n)的PWM波來控制第一開關(guān)管S1,產(chǎn)生占空比為DS2(n) 的PWM波來控制第二開關(guān)管S2,產(chǎn)生占空比為DS3 (n)的PWM波來控制第三開關(guān)管S3,產(chǎn)生 占空比為Ds4(n)的PWM波來控制第四開關(guān)管S4。
[0028] 得到步驟5中公式(3)的具體過程為:
[0029] 印周期內(nèi),nTs時(shí)刻的電容電流ic (n)增加到電容電流在nTs階段內(nèi)峰值的增量 Aic+ (n)為:
[0030]
(5)
[0031] 1^時(shí)刻的電容電流ie(n)增加到電容電流在nTsM段內(nèi)峰值的平均值為(.(/〇 為:
[0032] (6)
[0033] 電容電流在nTs階段內(nèi)峰值減小到(n+l)Ts時(shí)刻的電容電流ic(n+l)的變化量 Aic_ (n)為:
[0034]
C7)
[0035] 電容電流在nTs階段內(nèi)峰值減小到(n+l)Ts時(shí)刻的電容電流ic(n+l)的平均值 孓(")為:
[0036]
(8)
[0037] 將公式(5)、(7)代入公式(8)整理得:
[0038]
(9)
[0039] 電容電流在nTsM段內(nèi)的平均值((")為:
[0040]
(10)
[0041] 將公式(6)、(9)代入公式(10)整理得:
[0042]
(11)
[0043] 保證式(11)中口土)有實(shí)數(shù)解,且D,(n)e[0,1],得到如下關(guān)系式:
[0044]
(12)
[0045] 在式(12)的條件下,根據(jù)式(11)得到Djn)在印階段的值,解即為:
[0046]
( 13)〇
[0047] 單相全橋逆變電源的電路包括直流輸入電壓Vd。,直流輸入電壓Vd。的正極分別連 接有第一開關(guān)管S1的集電極、第三開關(guān)管S3的集電極,直流輸入電壓Vd。的負(fù)極分別連接 有第二開關(guān)管S2的發(fā)射極、第四開關(guān)管S4的發(fā)射極,第一開關(guān)管S1的發(fā)射極分別連接第 二開關(guān)管S2的集電極、電感L的一端,電感L的另一端連接電容C的一端,電容C的另一端 分別連接第三開關(guān)管S3的發(fā)射極、第四開關(guān)管S4的集電極,電容C的兩端還并聯(lián)有負(fù)載。
[0048] 第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4均為攜帶反并聯(lián)二 極管或具有反并聯(lián)二極管特性的可關(guān)斷功率開關(guān)器件。
[0049] 本發(fā)明的有益效果是:①本發(fā)明一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的 方法,電壓外環(huán)采用比例控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,且電壓外環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差不受電流內(nèi)環(huán)增益限制;② 本發(fā)明一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的方法,電流內(nèi)環(huán)采用電容電流預(yù)測(cè) 控制,使電流環(huán)的增益增大;③本發(fā)明一種提高單相全橋逆變電源電流內(nèi)環(huán)控制增益的方 法,有效抑制了非線性負(fù)載等影響造成電壓、電流畸變,控制效果良好。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發(fā)明中單相全橋逆變電源的電路圖;
[0051] 圖2是本發(fā)明中單相并網(wǎng)逆變電源電流內(nèi)環(huán)預(yù)測(cè)控制電容電流變化趨勢(shì)圖和PWM 波生成圖;
[0052] 圖3是本發(fā)明中電流內(nèi)環(huán)預(yù)測(cè)控制計(jì)算各個(gè)開關(guān)管的占空比的流程圖;
[0053] 圖4是本發(fā)明中單相全橋逆變電源電壓、電流雙環(huán)控制拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0055] 本發(fā)明中單相全橋逆變電源的電路圖,如圖1所示,包括直流輸入電壓Vd。,直流輸 入電壓Vd。的正極分別連接有第一開關(guān)管S1的集電極、第三開關(guān)管S3的集電極,直流輸入 電壓Vd。的負(fù)極分別連接有第二開關(guān)管S2的發(fā)射極、第四開關(guān)管S4的發(fā)射極,第一開關(guān)管 S1的發(fā)射極分別連接第二開關(guān)管S2的集電極、電感L的一端,電感L的另一端連接電容C 的一端,電容C的另一端分別連接第三開關(guān)管S3的發(fā)射極、第四開關(guān)管S4的集電極,電容 C的兩端還并聯(lián)有負(fù)載。
[0056] 其中,第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4均為攜帶反并 聯(lián)二極管或具有反并聯(lián)二極管特性的可關(guān)斷功率開關(guān)器件。
[0057] 圖2為單相并網(wǎng)逆變電源電流內(nèi)環(huán)預(yù)測(cè)控制電容電流變化趨勢(shì)圖和PWM波生成 圖,其中圖2(&)為相鄰兩個(gè)周期的電容電流變化趨勢(shì)圖,1為采樣周期,込(11-1)、、(11)、 ic(n+l)分別為(n-l)Ts、nTs、(n+l)Ts時(shí)亥IJ電容電流的采樣值;圖2(b)為通過"預(yù)測(cè)值"得 到的第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)GS1和Gs4的波形,(n-l)TsM段的第一開關(guān) 管S1、第四開關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為Djn-DLnTs階段的第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)為Di(n)Ts;圖2 (c)為第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)GS2和GS3的波形, 其與第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)波形互補(bǔ)。
[0058] 印周期內(nèi),nTs時(shí)刻的電容電流ic (n)增加到電容電流在nTs階段內(nèi)峰值的增量Aic+ (n)為:
[0076] 如圖3所示為電流內(nèi)環(huán)預(yù)測(cè)控制計(jì)算各個(gè)開關(guān)管的占空比的流程圖,具體步驟 為:
[0077] 步驟1、在單相全橋逆變電源的電路中的(n_l)Ts時(shí)刻采樣中斷,得到(n-l)Tjt 亥IJ的電容電流值ic (n-1)、直流輸入電壓值Vd。、負(fù)載輸出電壓V。、(n-1)Ts周期內(nèi)第一開關(guān)管S1 的占空K
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