CN103607128B - 一种电压源型逆变器的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电压源型逆变器的控制方法及控制装置，首先获取电压源型逆变器的负载电流，然后将负载电流转化成反馈电压，通过将反馈电压与电压源型逆变器的控制量电压相加，实现对控制量电压的修订，由于隔离变压器的副边电流等于电压源型逆变器的负载电流，如此，实现了对隔离变压器副边电压的控制，改善了电压源型逆变器的动态响应，有效减少了负载扰动对电压源型逆变器的影响，从而保证了电压源型逆变器输出恒定的电压。

Description

一种电压源型逆变器的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及电压源型逆变器技术领域，更具体地说，涉及一种控制电压源型逆变器工作的控制方法及控制装置。

背景技术

具有隔离变压器的电压源型逆变器在一些使用场合只能检测到隔离变压器的原边电压，而副边电压不受控，特别是在隔离变压器容量小内阻大时，若在隔离变压的副边投切负载，将导致副边输出的电压波动比较大，电压稳定时压降又比较大。所以在对电压源型逆变器性能要求高的场合，需要对电压源型逆变器做额外的处理，才能满足使用要求。因此，如何保证电压源型逆变器输出恒定的电压，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电压源型逆变器的控制方法及控制装置，以减少负载扰动对电压源型逆变器的影响，从而保证电压源型逆变器输出恒定的电压。

一种电压源型逆变器的控制方法，应用于电压源型逆变器，所述电压源型逆变器中具有隔离变压器，所述控制方法包括：

获取所述电压源型逆变器的负载电流；

获取所述负载电流的电流幅值；

将所述隔离变压器的副边内阻等效到所述隔离变压器的原边，得到等效原边内阻；

将所述电流幅值和所述等效原边内阻相乘，得到反馈电压；

将所述反馈电压与所述电压源型逆变器的给定电压相加，对所述给定电压进行第一次修订，得到第一修订给定电压；

依据所述隔离变压器的变比以及调制方式，对所述第一修订给定电压进行第二次修订，得到第二修订给定电压；

获取所述电压源型逆变器的控制量电压；

将所述第二修订给定电压与所述控制量电压相加，对所述控制量电压进行修订，得到修订后的所述控制量电压。

优选的，所述获取所述电压源型逆变器的控制量电压包括：

获取所述隔离变压器的原边电压；

计算得到所述原边电压的有效值电压；

将所述有效值电压通过比例积分调节器进行比例积分调节，得到所述控制量电压。

优选的，所述获取所述负载电流的电流幅值包括：

将所述负载电流经过第一滤波器得到第一滤波电流；

将所述负载电流经过第二滤波器得到第二滤波电流；

依据所述第一滤波电流和所述第二滤波电流得到第一电流；

依据所述第一滤波器和所述第二滤波器的离散处理过程，得到离散系数；

将所述第一电流和所述离散系数相乘，得到所述负载电流的电流幅值。

优选的，所述第一滤波器的型号和所述第二滤波器的型号不同。

优选的，还包括：

控制修订后的所述控制量电压产生脉冲宽度调制波形，以驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

一种电压源型逆变器的控制装置，应用于电压源型逆变器，所述电压源型逆变器中具有隔离变压器，所述控制装置包括：第一获取单元、第二获取单元、等效单元、求积单元、第一修订单元、第二修订单元、第三获取单元和第三修订单元；

所述第一获取单元，用于获取所述电压源型逆变器的负载电流；

所述第二获取单元，用于获取所述负载电流的电流幅值；

所述等效单元，用于将所述隔离变压器的副边内阻等效到所述隔离变压器的原边，得到等效原边内阻；

所述求积单元，用于将所述电流幅值和所述等效原边内阻相乘，得到反馈电压；

所述第一修订单元，用于将所述反馈电压与所述电压源型逆变器的给定电压相加，对所述给定电压进行第一次修订，得到第一修订给定电压；

所述第二修订单元，用于依据所述隔离变压器的变比以及调制方式，对所述第一修订给定电压进行第二次修订，得到第二修订给定电压；

所述第三获取单元，用于获取所述电压源型逆变器的控制量电压；

所述第三修订单元，用于将所述第二修订给定电压与所述电压源型逆变器的控制量电压相加，对所述控制量电压进行修订，得到修订后的所述控制量电压。

优选的，所述第三获取单元包括：第一获取子单元、第一计算子单元和处理子单元；

所述第一获取子单元，用于获取所述隔离变压器的原边电压；

所述第一计算子单元，用于计算得到所述原边电压的有效值电压；

所述处理子单元，用于将所述有效值电压通过比例积分调节器进行比例积分调节，得到所述控制量电压。

优选的，所述第二获取单元包括：第一滤波子单元、第二滤波子单元、第一处理子单元、第二处理子单元和第三处理子单元；

所述第一滤波子单元，用于将所述负载电流经过第一滤波器得到第一滤波电流；

所述第二滤波子单元，用于将所述负载电流经过第二滤波器得到第二滤波电流；

所述第一处理子单元，用于依据所述第一滤波电流和所述第二滤波电流得到第一电流；

所述第二处理子单元，用于依据所述第一滤波器和所述第二滤波器的离散处理过程，得到离散系数；

所述第三处理子单元，用于将所述第一电流和所述离散系数相乘，得到所述负载电流的电流幅值。

优选的，所述第一滤波器的型号和所述第二滤波器的型号不同。

优选的，还包括：

控制单元，用于控制修订后的所述控制量电压产生脉冲宽度调制波形，以驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种电压源型逆变器的控制方法及控制装置，首先获取电压源型逆变器的负载电流，然后将负载电流转化成反馈电压，通过将反馈电压与电压源型逆变器的控制量电压相加，实现对控制量电压的修订，由于隔离变压器的副边电流等于电压源型逆变器的负载电流，如此，实现了对隔离变压器副边电压的控制，改善了电压源型逆变器的动态响应，有效减少了负载扰动对电压源型逆变器的影响，从而保证了电压源型逆变器输出恒定的电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种电压源型逆变器的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种电压源型逆变器的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例公开的一种获取电压源型逆变器的控制量电压的方法的流程图；

图4为本发明实施例公开的一种获取负载电流的电流幅值的方法的流程图；

图5为本发明实施例公开的一种线性负载和整流器负载电流及其提取波形的波形图；

图6为本发明实施例公开的一种前馈控制变压器原副边电压的波形图；

图7为本发明实施例公开的一种未进行前馈变压器原副边电压波形的波形图；

图8为本发明实施例公开的一种电压源型逆变器的控制装置的结构示意图；

图9为本发明实施例公开的一种图8中第三获取单元的结构示意图；

图10为本发明实施例公开的一种图8中第二获取单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例公开了一种电压源型逆变器的结构示意图，电压源型逆变器包括：直流供电电压V_dc、滤波电容C_dc、第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、电感L、电容C、电压传感器VT、隔离变压器T、电流传感器CT、隔离变压器T等效内阻折算到副边的副边电阻R、负载Z、加在负载Z上的电压U₁以及通过副边电阻R的实际负载电流Ia，隔离变压器T的变比为n：1；

其中，滤波电容C_dc的正极板连接直流供电电压V_dc的正极，负极板连接直流供电电压V_dc的负极；

第一开关器件S1的输入端与第三开关器件S3的输入端均连接直流供电电压V_dc的正极，第二开关器件S2的输出端与第四开关器件S4的输出端均连接直流供电电压V_dc的负极；

第一开关器件S1的输出端连接第二开关器件S2的输入端，第三开关器件S3的输出端连接第四开关器件S4的输入端；

电感L的一端连接第一开关器件S1的输出端，电感L的另一端分别连接电容C的正极板、电压传感器VT的输入端以及隔离变压器T的原边；

电容C的负极板分别连接第四开关器件S4的输入端、电压传感器VT的输出端以及隔离变压器T的原边；

电流传感器CT、副边电阻R以及负载Z串联连接在隔离变压器T的副边。

参见图2，本发明实施例公开了一种电压源型逆变器的控制方法的流程图，所述控制方法应用于电压源型逆变器，电压源型逆变器的结构示意图参见图1，控制方法包括步骤：

S11、获取电压源型逆变器的负载电流Iac；

其中，电压源型逆变器的实际负载电流为Ia，但是由于测量误差等原因，导致获取的负载电流为Iac。

S12、获取负载电流Iac的电流幅值I_o；

S13、将所述隔离变压器的副边内阻等效到所述隔离变压器的原边，得到等效原边内阻K₁；

其中，K₁的获取过程参见公式(1)：

$K_1=\frac{(R^{\′}+SL)}{K_2{K}_{PWM}}---\left(1\right)$

其中，R'为电压源型逆变器折算后等效阻抗，SL为忽略内阻的电抗器传递函数，K₂为前馈系数，K_PWM为逆变器桥路等效增益。

S14、将电流幅值I_o和等效原边内阻K₁相乘，得到反馈电压；

S15、将所述反馈电压与所述电压源型逆变器的给定电压U_r相加，对所述给定电压U_r进行第一次修订，得到第一修订给定电压U_r'；

S16、依据隔离变压器T的变比以及调制方式，对第一修订给定电压U_r'进行第二次修订，得到第二修订给定电压；

本领域技术人员公知的是，依据隔离变压器T的变比以及调制方式的关系，可以获得前馈系数K₂，将第一修订给定电压U_r'与前馈系数K₂相乘，即可得到第二修订给定电压，从而实现对电压源型逆变器的前馈控制。

S17、获取所述电压源型逆变器的控制量电压U_v；

S18、将所述第二修订给定电压与所述控制量电压U_v相加，对所述控制量电压进行修订，得到修订后的所述控制量电压U_v。

综上可以看出，本发明提供的一种电压源型逆变器的控制方法，首先获取电压源型逆变器的负载电流Iac，然后将负载电流Iac转化成反馈电压，通过将反馈电压与电压源型逆变器的控制量电压U_v相加，实现对控制量电压U_v的修订，由于隔离变压器的副边电流等于电压源型逆变器的负载电流Iac，如此，实现了对隔离变压器副边电压的控制，改善了电压源型逆变器的动态响应，有效减少了负载Z扰动对电压源型逆变器的影响，从而保证了电压源型逆变器输出恒定的电压。

本实施例还可以包括：

S19、控制修订后的控制量电压U_v产生脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)波形，以驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

具体的，控制修订后的所述控制量电压通过算法产生PWM波形，从而驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

PWM开关器件及逆变器传递函数为SL为忽略内阻的电抗器传递函数，R'为电压源型逆变器折算后等效阻抗，K_PWM为逆变器桥路等效增益。

优选的，参见图3，步骤S17具体包括：

S171、获取所述隔离变压器的原边电压U_p；

S172、计算得到原边电压U_p的有效值电压U_RMS；

具体的，由原边电压U_p得到有效值电压U_RMS，参见公式(2)：

$U_{RMS}=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{U}_p^{2}dt}---\left(2\right)$

其中，T为工频周期。

S173、将有效值电压U_RMS通过比例积分调节器进行比例积分调节，得到控制量电压U_v。

本领域技术人员公知的是，比例积分调节器主要为PI调节。

当然，依据有效值电压U_RMS得到控制量电压U_v，不仅仅局限于PI调节，还可以为P调节，PID调节等，本发明在此不做限定。

优选的，参见图4，步骤S12具体包括：

S121、将负载电流Iac经过第一滤波器得到第一滤波电流I_q；

其中，第一滤波器采用的滤波原理为：

s为复变量，ω_n为电网角频率

S122、将负载电流Iac经过第二滤波器得到第二滤波电流I_d；

其中，第二滤波器采用的滤波原理为：

s为复变量，ω_n为电网角频率

S123、依据第一滤波电流I_q和第二滤波电流I_d得到第一电流I；

具体的，参见公式(3)：

$I=\sqrt{{I_q}^2+{I_d}^2}---\left(3\right)$

S124、依据所述第一滤波器和所述第二滤波器的离散处理过程，得到离散系数K₃；

其中，得到离散系数K₃需要结合第一滤波器和第二滤波器离散处理的过程，而该过程是本领域技术人员公知的，此处不再赘述。

S125、将第一电流I和离散系数K₃相乘，得到负载电流Iac的电流幅值I_o。

需要说明的是，第一滤波器的型号和第二滤波器的型号不同。

具体的，利用PSIM建立如图1所示的电压源型逆变器(此电压源型逆变器为单相逆变器)，隔离变压器T的变比为2:1。

其中，PSIM是趋向于电力电子领域以及电机控制领域的仿真应用包软件，PSIM全称PowerSimulation。

参见图5，为本发明实施例公开的一种线性负载和整流器负载电流及其提取波形的波形图，可以看出，本申请所提出幅值提取方法在正弦电流时，能够很快(上升时间3.5ms)得到稳定的幅值；在整流器负载时，即电流非线性时也能较准确提取幅值。

参见图6，本发明实施例公开的一种前馈控制变压器原副边电压的波形图，仿真设置电压有效值给定200V，空载时副边电压100V，等效电阻R＝0.6W，如图所示，按照本申请提取负载电流前馈，隔离变压器副边投切负载时电压波动小(100.9V～105.9V)，输出稳定。

参见图7，本发明实施例公开的一种未进行前馈变压器原副边电压波形的波形图，在没有加入负载电流前馈时电压有较大的跌落(电压降为90.5V)，可见本申请提出对负载电流补偿、对有效值给定进行补偿前馈的控制方法有较好的控制效果。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种电压源型逆变器的控制装置。

参见图8，本发明实施例公开的一种电压源型逆变器的控制装置的结构示意图，控制装置应用于电压源型逆变器(具体参见图1)，

控制装置包括：第一获取单元81、第二获取单元82、等效单元83、求积单元84、第一修订单元85、第二修订单元86、第三获取单元87和第三修订单元88；

第一获取单元81，用于获取电压源型逆变器的负载电流Iac；

其中，电压源型逆变器的实际负载电流为Ia，但是由于测量误差等原因，导致获取的负载电流为Iac。

第二获取单元82，用于获取负载电流Iac的电流幅值I_o；

等效单元83，将所述隔离变压器的副边内阻等效到所述隔离变压器的原边，得到等效原边内阻K₁；

其中，K₁的获取过程，参见公式(1)：

$K_1=\frac{(R^{\′}+SL)}{K_2{K}_{PWM}}---\left(1\right)$

其中，R'为电压源型逆变器折算后等效阻抗，SL为忽略内阻的电抗器传递函数，K₂为前馈系数，K_PWM为逆变器桥路等效增益。

求积单元84，用于将电流幅值I_o和等效原边内阻K₁相乘，得到反馈电压；

第一修订单元85，用于将所述反馈电压与所述电压源型逆变器的给定电压U_r相加，对所述给定电压U_r进行第一次修订，得到第一修订给定电压U_r'；

第二修订单元86，用于依据隔离变压器T的变比以及调制方式，对第一修订给定电压U_r'进行第二次修订，得到第二修订给定电压；

本领域技术人员公知的是，依据隔离变压器T的变比以及调制方式的关系，可以获得前馈系数K₂，将第一修订给定电压U_r'与前馈系数K₂相乘，即可得到第二修订给定电压，从而实现对电压源型逆变器的前馈控制。

第三获取单元87，用于获取所述电压源型逆变器的控制量电压U_v；

第三修订单元88，用于将所述第二修订给定电压与所述控制量电压U_v相加，对所述控制量电压进行修订，得到修订后的所述控制量电压U_v。

综上可以看出，本发明提供的一种电压源型逆变器的控制装置，首先获取电压源型逆变器的负载电流Iac，然后将负载电流Iac转化成反馈电压，通过将反馈电压与电压源型逆变器的控制量电压U_v相加，实现对控制量电压U_v的修订，由于隔离变压器的副边电流等于电压源型逆变器的负载电流Iac，如此，实现了对隔离变压器副边电压的控制，改善了电压源型逆变器的动态响应，有效减少了负载Z扰动对电压源型逆变器的影响，从而保证了电压源型逆变器输出恒定的电压。

本实施例还可以包括：控制单元89

控制单元89，用于控制修订后的控制量电压产生脉冲宽度调制波形，以驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

具体的，控制修订后的所述控制量电压通过算法产生PWM波形，从而驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

PWM开关器件及逆变器传递函数为SL为忽略内阻的电抗器传递函数，R'为电压源型逆变器折算后等效阻抗，K_PWM为逆变器桥路等效增益。

优选的，参见图9，本发明实施例公开的一种图8中第三获取单元的结构示意图，第三获取单元87包括：第一获取子单元871、第一计算子单元872和处理子单元873；

第一获取子单元871，用于获取所述隔离变压器的原边电压U_p；

第一计算子单元872，用于计算得到原边电压U_p的有效值电压U_RMS；

具体的，由原边电压U_p得到有效值电压U_RMS参见公式(2)：

$U_{RMS}=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{U}_p^{2}dt}---\left(2\right)$

其中，T为工频周期。

处理子单元873，用于将有效值电压U_RMS通过比例积分调节器进行比例积分调节，得到控制量电压U_v。

优选的，参见图10，本发明实施例公开的一种图8中第二获取单元的结构示意图，第二获取单元82包括：第一滤波子单元821、第二滤波子单元822、第一处理子单元823、第二处理子单元824和第三处理子单元825；

第一滤波子单元821，用于将负载电流Iac经过第一滤波器得到第一滤波电流I_q；

第二滤波子单元822，用于将负载电流Iac经过第二滤波器得到第二滤波电流I_d；

第一处理子单元823，用于依据第一滤波电流I_q和第二滤波电流I_d得到第一电流I；

第二处理子单元824，用于依据所述第一滤波器和所述第二滤波器的离散处理过程，得到离散系数K₃；

第三处理子单元825，用于将第一电流I和离散系数K₃相乘，得到负载电流Iac的电流幅值I_o。

其中，第一滤波器的型号和第二滤波器的型号不同。

需要说明的是，本发明提供的电压源型逆变器的控制装置中各组成部分的工作原理，具体参见方法实施例，此处不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电压源型逆变器的控制方法，其特征在于，应用于电压源型逆变器，所述电压源型逆变器中具有隔离变压器，所述控制方法包括：

获取所述电压源型逆变器的负载电流；

获取所述负载电流的电流幅值；

将所述隔离变压器的副边内阻等效到所述隔离变压器的原边，得到等效原边内阻；

将所述电流幅值和所述等效原边内阻相乘，得到反馈电压；

将所述反馈电压与所述电压源型逆变器的给定电压相加，对所述给定电压进行第一次修订，得到第一修订给定电压；

依据所述隔离变压器的变比以及调制方式，对所述第一修订给定电压进行第二次修订，得到第二修订给定电压；

获取所述电压源型逆变器的控制量电压；

将所述第二修订给定电压与所述控制量电压相加，对所述控制量电压进行修订，得到修订后的所述控制量电压。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述电压源型逆变器的控制量电压包括：

获取所述隔离变压器的原边电压；

计算得到所述原边电压的有效值电压；

将所述有效值电压通过比例积分调节器进行比例积分调节，得到所述控制量电压。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述负载电流的电流幅值包括：

将所述负载电流经过第一滤波器得到第一滤波电流；

将所述负载电流经过第二滤波器得到第二滤波电流；

依据所述第一滤波电流和所述第二滤波电流得到第一电流；

依据所述第一滤波器和所述第二滤波器的离散处理过程，得到离散系数；

将所述第一电流和所述离散系数相乘，得到所述负载电流的电流幅值。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述第一滤波器的型号和所述第二滤波器的型号不同。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

控制修订后的所述控制量电压产生脉冲宽度调制波形，以驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。

6.一种电压源型逆变器的控制装置，其特征在于，应用于电压源型逆变器，所述电压源型逆变器中具有隔离变压器，所述控制装置包括：第一获取单元、第二获取单元、等效单元、求积单元、第一修订单元、第二修订单元、第三获取单元和第三修订单元；

所述第一获取单元，用于获取所述电压源型逆变器的负载电流；

所述第二获取单元，用于获取所述负载电流的电流幅值；

所述等效单元，用于将所述隔离变压器的副边内阻等效到所述隔离变压器的原边，得到等效原边内阻；

所述求积单元，用于将所述电流幅值和所述等效原边内阻相乘，得到反馈电压；

所述第一修订单元，用于将所述反馈电压与所述电压源型逆变器的给定电压相加，对所述给定电压进行第一次修订，得到第一修订给定电压；

所述第二修订单元，用于依据所述隔离变压器的变比以及调制方式，对所述第一修订给定电压进行第二次修订，得到第二修订给定电压；

所述第三获取单元，用于获取所述电压源型逆变器的控制量电压；

所述第三修订单元，用于将所述第二修订给定电压与所述电压源型逆变器的控制量电压相加，对所述控制量电压进行修订，得到修订后的所述控制量电压。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第三获取单元包括：第一获取子单元、第一计算子单元和处理子单元；

所述第一获取子单元，用于获取所述隔离变压器的原边电压；

所述第一计算子单元，用于计算得到所述原边电压的有效值电压；

所述处理子单元，用于将所述有效值电压通过比例积分调节器进行比例积分调节，得到所述控制量电压。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第二获取单元包括：第一滤波子单元、第二滤波子单元、第一处理子单元、第二处理子单元和第三处理子单元；

所述第一滤波子单元，用于将所述负载电流经过第一滤波器得到第一滤波电流；

所述第二滤波子单元，用于将所述负载电流经过第二滤波器得到第二滤波电流；

所述第一处理子单元，用于依据所述第一滤波电流和所述第二滤波电流得到第一电流；

所述第二处理子单元，用于依据所述第一滤波器和所述第二滤波器的离散处理过程，得到离散系数；

所述第三处理子单元，用于将所述第一电流和所述离散系数相乘，得到所述负载电流的电流幅值。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述第一滤波器的型号和所述第二滤波器的型号不同。

10.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还包括：

控制单元，用于控制修订后的所述控制量电压产生脉冲宽度调制波形，以驱动所述电压源型逆变器的逆变运行。