一种死区时间可变的逆变控制方法技术

一种死区时间可变的逆变控制方法，涉及变流器的逆变控制。利用逆变器桥臂插入不同死区开关状态时引起换流而产生的各种死区状态等效电压矢量的规律，在每个控制周期里，综合选择最优死区开关状态，并计算死区状态等效电压矢量，然后通过动态调整死区状态等效电压矢量和本控制周期欲输出电压矢量的作用时间分配，实现每个控制周期中，从单电压矢量输出变为双电压矢量积分合成输出，在利用有限集模型预测控制的原理，构建有限个积分合成输出的最优选择策略，从而实现变流器高精度的逆变控制。转变了传统被动补偿死区误差的思路，积极主动利用换流时产生的死区状态等效电压矢量参与代价函数寻优，使得死区时间变成提高逆变精度的积极有利因素。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变流器的逆变控制，尤其是涉及一种死区时间可变的逆变控制方法。
技术介绍
逆变技术作为电力电子四种变换技术中的一种，被广泛应用于电机控制、光伏并网、有源电力滤波器、不间断工作电源、伺服控制器等。目前，主流的逆变器的控制方法主要有脉冲宽度调制法、滞环比较法、模型预测控制法等。通过比例积分控制器和脉冲宽度调制法实现逆变器的跟踪控制是目前最常用的方法。近几年研究较多的有限集模型预测控制(有限集模型预测控制英语表示为Finite Control Set‐Model Predictive Control,FCS‐MPC)是模型预测控制法的一种，该方法利用了逆变器开关状态组合个数有限的特点，简化了传统的模型预测控制法，根据逆变器预测模型方程，采用遍历法的形式计算出所有开关状态的组合，并分别作用于逆变器预测模型，从而预测出未来所有可能输出集合，然后通过既定的系统最优代价函数，从所有可能输出的集合中选出最优一组的开关状态作为下一时刻的输出，从而实现逆变控制，具有控制简单，动态响应速度快，鲁棒性强等优点，因而得到广泛关注。变流器的逆变桥臂一般由上下功率开关管和续流二极管组成，两个开关管控制状态互补，即其中一个为导通状态另一个为关断状态。在同一个桥臂的上下两个开关管发生切换时，由于开关管的关断延时特性，会短时间内出现上下桥臂同时导通的现象，引起电源短路。因此在每个控制周期里，都需要在桥臂的上下开关管切换过程中插入死区开关状态，也就是让上下桥臂都同时关断一段时间后再控制需要打开的开关管导通。逆变桥插入死区开关状态会影响逆变器的控制精度，引起输出谐波的增加，使负载产生噪声和振动等问题。而且随着控制周期越来越短，死区时间所占控制周期的比重越来越大，引起的系统误差也随之增大。如常用的绝缘栅双极型晶体管开关切换过程中需要的死区时间约5us，若控制周期为100us，那死区开关状态带来的误差基本可以忽略，但随着逆变精度要求越来越高，控制周期越来越小，若用50us的控制周期，那么死区开关状态将带来更大的误差。为了解决死区带来的控制误差问题，在脉冲宽度调制等逆变器控制方法中进行了大量的补偿算法研究，比如有死区对称补偿法、相角预测死区补偿法、分段同步调制死区补偿法等。这些补偿策略各有优劣，并在一定程度上提高了脉冲宽度调制法的控制精度。但这些补偿算法都是基于被动的去消除死区误差带来的负面影响，而没有利用死区状态自身的特点，主动提高逆变控制精度。在开关切换中插入死区开关状态时会引起续流二极管的自然换流，而这个换流过程对系统来说可以等效为一个新的电压矢量输出，选择不同的死区开关状态可能等效出不同的死区等效电压矢量。死区时间内上下开关管均关断的桥臂，若电流方向为正(设定电流方向由逆变器流向负载时为正)，则下桥臂的二极管则处于导通状态，相当于输出电压为负；反之，若电流方向为负，则上桥臂的二极管处于导通状态，相当于输出电压为正。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供可提高逆变控制精度的一种死区时间可变的逆变控制方法。本专利技术包括以下步骤：1)根据被控变流器的拓扑结构及其负载，建立数学模型方程；2)构建模型参数在线辨识算法，自动辨识并修正系统的参数；在步骤2)中，所述参数包括但不限于电阻、电感、感应电势等。3)在已建立的系统数学模型基础上，运用有限集模型预测控制方法，对被控变流器建立基本的电流预测跟踪控制，并根据功率开关管的延时特性，在每个开关状态切换过程中，插入固定的开关切换次数最少的死区开关状态和持续时间，防止逆变桥臂直通短路；在步骤3)中，所述插入固定的开关切换次数最少的死区开关状态和持续时间，如绝缘栅双极型晶体管的死区时间一般为3～5μs。4)建立前后控制周期内，每次开关状态切换过程中，允许插入的所有死区开关状态和插入死区前后开关状态的之间的函数关系式；5)根据感性负载开关切换过程中，桥臂产生的自然换流规律，计算死区状态等效电压矢量；6)根据开关管性能、电感、电阻、电流等参数计算每个控制周期中，死区状态等效电压矢量持续时间的上下限值；7)构建死区等效电压矢量作用结束时跟踪误差和欲输出开关状态对应的电压矢量作用结束时跟踪误差的综合代价函数，利用综合代价函数，计算出每种开关状态组合下每个控制周期里插入死区开关状态的最优作用时间，并利用步骤6)计算出的时间上下限进行约束；8)利用每个控制周期时间固定的原则，用固定的控制周期时间减去死区开关状态的作用时间求得欲切换的开关状态对应的电压矢量的作用时间；9)将步骤7)计算的死区开关状态的作用时间，代回到该综合代价函数中，计算出综合跟踪控制误差值；10)利用变流器开关状态有限的特点，将所有可能的开关状态作为欲切换的开关状态，并与步骤4)和5)计算出的所有允许插入的死区开关状态及死去状态等效电压矢量进行组合，用遍历法遍历所有组合，并代入步骤6)、7)和8)计算出相应的时间值，然后代入步骤9)中构建的综合代价函数中，从而预测出所有组合的综合跟踪控制误差值；11)根据步骤10)预测出的所有组合的综合跟踪控制误差值，选取综合跟踪控制误差值最小的开关状态组合作为当前控制周期里插入的死区开关状态和欲输出的开关状态，根据步骤7)计算出当前控制周期里死区开关状态的作用时间，根据步骤8)计算出当前控制周期里欲输出的开关状态的作用时间；12)在步骤3)中建立的基本有限集模型预测控制方法的基础上，用步骤11)计算出的死区开关状态及其作用时间代替原来的死区开关状态和固定的死区时间，从而动态调整死区状态等效电压矢量的作用时间，用步骤11)计算出的欲输出的开关状态及其作用时间作为插入死区开关状态之后欲输出的开关状态，输出控制变流器，然后进入下一个控制周期，如此循环，从而实现对变流器电流的高精度逆变控制。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、在传统逆变器控制算法的基础上，对死区时间进行灵活调整，具有更高的逆变控制精度；2、转变了传统被动补偿死区误差的思路，积极主动利用换流时产生的死区等效电压矢量参与代价函数寻优，使得死区时间变成提高逆变精度的积极有利因素。附图说明图1为三相两电平电压型逆变器带R-L负载拓扑结构图；图2为死区状态等效电压矢量作用下的输出电流变化；图3为基本的有限集模型预测控制方法的电流跟踪效果(无死区时间)；图4为死区时间可变的有限集模型预测控制方法的电流跟踪效果。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。下面以被控对象为三相两电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种死区时间可变的逆变控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据被控变流器的拓扑结构及其负载，建立数学模型方程；2)构建模型参数在线辨识算法，自动辨识并修正系统的参数；3)在已建立的系统数学模型基础上，运用有限集模型预测控制方法，对被控变流器建立基本的电流预测跟踪控制，并根据功率开关管的延时特性，在每个开关状态切换过程中，插入固定的开关切换次数最少的死区开关状态和持续时间，防止逆变桥臂直通短路；4)建立前后控制周期内，每次开关状态切换过程中，允许插入的所有死区开关状态和插入死区前后开关状态的之间的函数关系式；5)根据感性负载开关切换过程中，桥臂产生的自然换流规律，计算死区状态等效电压矢量；6)根据开关管性能、电感、电阻、电流等参数计算每个控制周期中，死区状态等效电压矢量持续时间的上下限值；7)构建死区等效电压矢量作用结束时跟踪误差和欲输出开关状态对应的电压矢量作用结束时跟踪误差的综合代价函数，利用综合代价函数，计算出每种开关状态组合下每个控制周期里插入死区开关状态的最优作用时间，并利用步骤6)计算出的时间上下限进行约束；8)利用每个控制周期时间固定的原则，用固定的控制周期时间减去死区开关状态的作用时间求得欲切换的开关状态对应的电压矢量的作用时间；9)将步骤7)计算的死区开关状态的作用时间，代回到该综合代价函数中，计算出综合跟踪控制误差值；10)利用变流器开关状态有限的特点，将所有可能的开关状态作为欲切换的开关状态，并与步骤4)和5)计算出的所有允许插入的死区开关状态及死去状态等效电压矢量进行组合，用遍历法遍历所有组合，并代入步骤6)、7)和8)计算出相应的时间值，然后代入步骤9)中构建的综合代价函数中，从而预测出所有组合的综合跟踪控制误差值；11)根据步骤10)预测出的所有组合的综合跟踪控制误差值，选取综合跟踪控制误差值最小的开关状态组合作为当前控制周期里插入的死区开关状态和欲输出的开关状态，根据步骤7)计算出当前控制周期里死区开关状态的作用时间，根据步骤8)计算出当前控制周期里欲输出的开关状态的作用时间；12)在步骤3)中建立的基本有限集模型预测控制方法的基础上，用步骤11)计算出的死区开关状态及其作用时间代替原来的死区开关状态和固定的死区时间，从而动态调整死区状态等效电压矢量的作用时间，用步骤11)计算出的欲输出的开关状态及其作用时间作为插入死区开关状态之后欲输出的开关状态，输出控制变流器，然后进入下一个控制周期，如此循环，从而实现对变流器电流的高精度逆变控制。...

【技术特征摘要】
1.一种死区时间可变的逆变控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据被控变流器的拓扑结构及其负载，建立数学模型方程；
2)构建模型参数在线辨识算法，自动辨识并修正系统的参数；
3)在已建立的系统数学模型基础上，运用有限集模型预测控制方法，对被控变流器建立
基本的电流预测跟踪控制，并根据功率开关管的延时特性，在每个开关状态切换过程中，插
入固定的开关切换次数最少的死区开关状态和持续时间，防止逆变桥臂直通短路；
4)建立前后控制周期内，每次开关状态切换过程中，允许插入的所有死区开关状态和插
入死区前后开关状态的之间的函数关系式；
5)根据感性负载开关切换过程中，桥臂产生的自然换流规律，计算死区状态等效电压矢
量；
6)根据开关管性能、电感、电阻、电流等参数计算每个控制周期中，死区状态等效电压
矢量持续时间的上下限值；
7)构建死区等效电压矢量作用结束时跟踪误差和欲输出开关状态对应的电压矢量作用结
束时跟踪误差的综合代价函数，利用综合代价函数，计算出每种开关状态组合下每个控制周
期里插入死区开关状态的最优作用时间，并利用步骤6)计算出的时间上下限进行约束；
8)利用每个控制周期时间固定的原则，用固定的控制周期时间减去死区开关状态的作用
时间求得欲切换的开关状态对应的电压矢量的作用时间；
9)将步骤7)计算的死区开关状态的作用时间，代回到该...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛文东，郑艺玲，郑文楷，洪永强，李钷，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35