用以减小总谐波失真和输出电压不平衡的AC源逆变器的控制制造技术

本申请提供用于控制在基频下提供多相输出的DC‑AC逆变器的系统和方法。更具体地说，同步参考框架控制方案可用以调节DC‑AC逆变器从而在DC‑AC逆变器所关注的各个频率下减小误差。根据本公开的特定实例方面，所述同步参考框架控制方案可包括控制结构以提供负序和零序电流的减小，从而导致减小的总谐波失真和所述逆变器的输出电压的电压不平衡。

Control of AC source inverter to reduce total harmonic distortion and output voltage imbalance

The present application provides a system and method for controlling DC - AC inverter providing multiphase output at fundamental frequency. More specifically, the synchronous reference frame control scheme can be used to regulate the DC AC inverter so as to reduce the error under the frequencies concerned by the DC AC inverter. According to the specific example of the present disclosure, the synchronous reference frame control scheme may include a control structure to provide a decrease in the negative sequence and zero sequence current, resulting in reduced total harmonic distortion and the voltage imbalance of the output voltage of the inverter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用以减小总谐波失真和输出电压不平衡的AC源逆变器的控制
本公开主题大体上涉及功率转换器，且更具体地说，涉及用于控制功率转换器的系统和方法。
技术介绍
DC-AC逆变器可用于从DC电源产生多相输出。举例来说，DC-AC逆变器可在航空应用中用以从DC电源在约400Hz的基频下产生三相AC输出。DC-AC逆变器可包括多个桥接电路，其包括使用脉宽调制技术控制以将DC输入转换为例如三相输出的半导体切换元件(例如IGBT、SiC晶体管等等)。所述逆变器可另外通过添加额外桥接电路以形成所述逆变器的中线支路而提供中线输出。所述DC-AC逆变器可用于通过将负荷连接到所述逆变器的输出相位和中线输出中的一个而为单相负荷供电。由多相DC-AC逆变器为单相负荷供电可导致逆变器的不平衡负荷。不平衡负荷可导致通过逆变器产生负序和零序电流。这些电流可在逆变器的输出电压中产生相同负序和零序分量。另外，六脉冲逆变器可在例如基频的负五次谐波和七次谐波下产生谐波。十二脉冲逆变器可在例如基频的负十一次谐波和十三次谐波下产生谐波。DC-AC逆变器可使用各种控制方案控制，包括自然框架(abc)控制方案、静止参考框架控制方案或同步参考框架控制方案。在自然框架控制方案中，相同控制结构用于逆变器的每个相位。用于每个相位的控制结构可包括电压控制器和电流控制器。电压控制器可为相对于电流控制器的外部控制环路且可产生用于电流控制器的电流参考。所述电流控制器可产生电压命令，其可用于确定栅极定时信号以用于驱动桥接电路的切换元件。如果逆变器包括中线支路，那么用于中线支路桥接电路的电压命令可为用于逆变器的相位中的每一个的电压命令的平均值。所述中线支路通常并不具有其自身的控制器。在自然框架控制方案中，控制器基本上以DC操作。因此，所述控制器在DC下具有无限增益且在基频、负序、负五次谐波、正七次谐波和其它所关注谐波下具有有限增益。图1描绘自然框架控制器的增益的图形表示50。图1标绘沿着横轴的频率和沿着纵轴的增益。如图1中所示，控制器可减小基频、负序、负五次谐波、正七次谐波等等的幅值。然而，由于控制器在这些频率下并不具有无限增益，因此所述控制器并不排除这些分量。因此，无论在输出电压中保留这些分量中的哪些分量都可导致总谐波失真的增大和逆变器的输出电压的电压不平衡。同步参考框架控制方案可基于d-q变换(例如，使用帕克变换执行)而操作，所述d-q变换将输出电压和电流波形变换成与输出电压同步旋转的参考框架。多个同步参考框架控制器可包括多个控制结构以在所关注频率(例如，基频的基谐、-11、-5、+7和+13)中的每一个下引入无限增益。然而，同步参考框架控制方案的条件为用于每个所关注频率的控制结构中的控制器具有在0dB以下彼此交叉的增益。因此，可限制同步参考框架控制方案中使用的每个控制器的带宽，从而在每个控制器的控制行动中产生间隙。图2描绘已知同步参考框架控制方案的各种电流和电压控制器在所关注频率中的每一个下的增益的图形表示60。图2标绘沿着横轴的频率和沿着纵轴的增益。实线表示与电流控制器相关的增益。虚线表示与电压控制器相关的增益。如所展示，同步参考框架控制方案可在基频以及所关注选定频率下提供无限增益。然而，归因于控制器的有限带宽，仍然需要通过用于减小基频的控制结构而执行负序衰减(例如，在-1频率下)。因此，控制结构并不为负序提供无限增益。图3提供与零序分量的调节相关的增益的图形描绘70。图3标绘沿着横轴的频率和沿着纵轴的增益。实线表示与电流控制器相关的增益。虚线表示与电压控制器相关的增益。零序分量(zerosequencecomponent)并不旋转，且因此使用同步参考控制器而控制。相反地，使用在基频下具有有限增益的控制器而控制所述零序。因此，典型的多个同步参考框架控制器不会完全地调节出零序和负序分量，从而导致提高的总谐波失真和输出电压的电压不平衡。因此，需要用于调节DC-AC逆变器的控制方案，其可通过提供对零序和负序分量的改进型调节而减小输出电压总谐波失真和电压不平衡，所述零序和负序分量例如通过使用DC-AC逆变器为单相负荷供电而产生。
技术实现思路
本公开的实施例的各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可从所述描述了解，或者可通过实践实施例来了解。本公开的一个实例方面涉及用于被配置成在基频下提供多相输出的DC-AC逆变器的控制系统。所述控制系统包括多个同步参考框架控制结构。每个同步参考框架控制结构包括被配置成基于电压反馈信号而提供电流参考的电压控制器。所述控制系统进一步包括被配置成确定电压命令以用于控制DC-AC逆变器的一个或多个桥接电路的共享电流控制器。所述共享电流控制器被安置为相对于所述多个同步参考框架控制结构中的每一个的所述电压控制器的内部控制环路。本公开的另一实例方面涉及用于控制被配置成在基频下提供多相输出的DC-AC逆变器的方法。所述方法包括使用外部电压控制环路确定电压参考信号，所述外部电压控制环路具有在与负序分量相关的频率下具有无限增益的电压控制器。所述方法进一步包括至少部分地基于所述电压参考信号而确定电压误差信号并且在同步参考框架控制结构的电压控制器处至少部分地基于所述电压误差信号而确定电流参考信号。所述方法包括至少部分地基于所述电流参考通过电流控制器而产生电压命令以用于控制一个或多个桥接电路。本公开的又一实例方面涉及用于被配置成在基频下提供多相输出的DC-AC逆变器的控制系统。所述控制系统包括多个同步参考框架控制结构。每个同步参考框架控制结构可与不同频率相关。所述多个同步参考框架控制结构中的至少一个可与基频相关。每个同步参考框架控制结构包括被配置成至少部分地基于电压反馈信号而提供电流参考的电压控制器。所述控制系统进一步包括与与基频相关的同步参考框架控制结构连通的外部电压控制环路。所述外部电压控制环路包括在与负序分量相关的频率下具有无限增益的外部环路电压控制器。与所述基频相关的所述同步参考框架控制结构的所述电压控制器被配置成至少部分地基于由所述外部环路电压控制器提供的电压参考而确定电流参考。可对本公开的这些实例方面进行改变和修改。参考以下描述和所附权利要求书将更好地了解各种实施例的这些以及其它特征、方面和优点。并入在本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明了本公开的实施例，且与所述描述一起用于解释相关原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述了针对所属领域的技术人员的实施例的详细论述，在附图中：图1描绘与用于DC-AC逆变器的自然参考框架控制方案中使用的控制器相关的增益的图形表示；图2描绘与同步参考框架控制方案中使用的控制器相关的增益的图形表示；图3描绘与用于调节零序分量的控制器相关的增益的图形表示；图4描绘实例DC-AC逆变器的电路图；图5描绘根据本公开的实例实施例的多个同步参考框架控制方案；图6描绘与根据本公开的实例实施例的同步参考框架控制方案中使用的控制器相关的增益的图形表示；图7描绘与在根据本公开的实例实施例的控制方案中用于调节零序分量的控制器相关的增益的图形表示；以及图8描绘根据本公开的实例实施例的实例方法的流程图。具体实施方式现将详细参考本专利技术的实施例，在图中说明本专利技术的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本专利技术而非限制本专利技术而提供。实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于被配置成在基频下提供多相输出的DC‑AC逆变器的控制系统，所述控制系统包括：多个同步参考框架控制结构，每个同步参考框架控制结构与不同频率相关，每个同步参考框架控制结构包括被配置成基于电压反馈信号而提供电流参考的电压控制器；和共享电流控制器，其被配置成确定电压命令以用于控制所述DC‑AC逆变器的一个或多个桥接电路；其中所述共享电流控制器被配置成相对于所述多个同步参考框架控制结构中的每一个的所述电压控制器的内部控制环路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于被配置成在基频下提供多相输出的DC-AC逆变器的控制系统，所述控制系统包括：多个同步参考框架控制结构，每个同步参考框架控制结构与不同频率相关，每个同步参考框架控制结构包括被配置成基于电压反馈信号而提供电流参考的电压控制器；和共享电流控制器，其被配置成确定电压命令以用于控制所述DC-AC逆变器的一个或多个桥接电路；其中所述共享电流控制器被配置成相对于所述多个同步参考框架控制结构中的每一个的所述电压控制器的内部控制环路。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述控制系统包括与所述多个同步参考框架控制结构中的至少一个连通的外部电压控制环路，所述外部电压控制环路包括在与负序分量相关的频率下具有无限增益的外部电压控制器。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中：所述外部电压控制器被配置成将电压参考提供到与所述基频相关的同步参考框架控制结构。4.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述共享电流控制器在所述DC-AC逆变器的所述基频下提供无限增益。5.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述共享电流控制器被配置成至少部分地基于集合电流参考而确定所述电压命令，至少部分地基于由所述多个同步参考框架控制结构的每个电压控制器确定的电流参考而确定所述集合电流参考。6.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述多个同步参考框架控制结构包括与所述基频相关的控制结构、与所述基频的负五次谐波相关的控制结构、与所述基频的七次谐波相关的控制结构、与所述基频的负十一次谐波相关的控制结构和与所述基频的十三次谐波相关的控制结构中的两个或多于两个。7.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述控制系统进一步包括用于控制与所述DC-AC逆变器的中线支路相关的一个或多个桥接电路的中线控制结构。8.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述中线控制结构包括：伪d-q控制器，其被配置成在所述基频下提供无限增益；和电压控制器，其被配置成在与零序分量相关的频率下提供无限增益。9.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述多个同步参考框架控制结构至少部分地在d-q空间中实施。10.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述基频为约400Hz。11.根据权利要求1所述的控制系统，其中：所述DC-AC逆变器被配置成将AC功率提供到一个或多个单相负荷。12.一种控制被配置成在基频下提供多相输出的DC-AC逆变器的方法，所述方法包括：使用外部电压控制环路确定电压参考信号，所述外部电压控制环路具有在与负序分量相...

【专利技术属性】
技术研发人员：S加塔里奇，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US