逆变器及其输出电压控制方法技术

本发明专利技术涉及逆变器以及逆变器输出电压控制方法，在输出电压基本控制单元基础上，增加逆变器各相输出电压的有效值控制环节，由有效值计算器和有效值减法器计算出各相实际输出电压的有效值与设定有效值之间的误差，所述误差经有效值调节器及乘法器后形成补偿作用量，再将该补偿量叠加在基本控制单元输出的基本作用量上。本发明专利技术的逆变器及其输出电压控制方法可应用于各种逆变器中，例如三相逆变器中三相独立控制系统或矢量解耦控制系统中，还可针对三相输出电压的平均值实施，使逆变器能减小或消除非线性负载和三相不平衡负载对输出电压精度带来的影响，而提供高精度的三相平衡的输出电压。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源技术，具体地说，涉及对逆变器的控制系统的改进，以保证输出电压的精度，更具体地说，涉及一种其输出电压可高精度控制的。技术背量传统逆变器，例如三相逆变器的基本控制单元可分为矢量解耦控制系统和三相独立控制系统两种。附图说明图1是传统三相逆变器中使用的基本矢量解耦控制系统的原理框图。这里，控制对象由逆变桥1、LC滤波器2及负载3组成。其中逆变桥为典型的三臂六管开关电路，负载为三相平衡或不平衡、线性或非线性负载。基本矢量控制系统的基本原理是将逆变器的三相输出电压和三相桥臂电流的检测值分别经静止/旋转坐标变换转换到dq旋转坐标系中，结合相应的设定值实施类似直流电路的解耦控制后，再对dq坐标系下的作用量进行旋转/静止坐标反变换，获得能直接控制逆变桥开关管的控制信号。该控制系统通常包含以下的主要部分和环节(1)、电压指令发生部分由电压指令发生器6产生输出电压矢量的矢量角θ*及该矢量在dq坐标系d、q轴上的直流给定值Vd*、Vq*(其中Vq*通常为0)。(2)、反馈量的静止/旋转变换部分由ABC/αβ电压变换器4将三相输出电压Va、Vb、Vc变换为αβ静止坐标系下的Vα、Vβ；αβ/dq电压变换器5再进一步将Vα、Vβ变换为dq旋转坐标系下的Vd、Vq，注意αβ/dq电压变换器5需用到上述电压指令发生器6产生的矢量角θ*。同样，ABC/αβ电流变换器9将三相桥臂电流Ia、Ib、Ic变换为αβ静止坐标系下的Iα、Iβ；αβ/dq电流变换器10再进一步将Iα、Iβ变换为dq旋转坐标系下的Id、Iq，αβ/dq电流变换器10也需用到上述矢量角θ*。(3)、矢量调节控制部分包括电压调节部分和电流调节部分，其中电压调节部分由电压减法器7和电压调节器8组成，其中电压减法器7将上述电压指令发生器6产生的给定值Vd*、Vq*分别减去αβ/dq电压变换器5输出的Vd、Vq，以产生电压误差EVd、EVq；电压调节器8对电压误差EVd、EVq分别进行PI调节生成电流调节部分的给定值Id*、Iq*。电流调节部分由电流减法器11和电压调节器12组成，其中电流减法器11将上述电流给定值Id*、Iq*分别减去αβ/dq电流变换器10输出的Id、Iq，以产生电流误差EId、EIq；电流调节器12对电流误差EId、EIq分别进行PI调节(或P调节)生成系统在dq旋转坐标系下的作用量Ud、Uq。(4)、作用量的旋转/静止反变换部分由dq/αβ变换器13将上述旋转坐标系下的作用量Ud、Uq变换至αβ静止坐标系下的作用量Uα、Uβ；αβ/ABC变换器14再将上述作用量Uα、Uβ变换至三相ABC坐标系下的作用量Ua、Ub、Uc，该作用量分别直接控制逆变桥三个桥臂上的开关脉冲宽度。图2是传统三相逆变器中基本的三相独立控制系统的原理框图。其控制系统主要由电压指令发生器6、产生电压误差的电压减法器7、电压调节器8、产生电流误差的电流减法器11及电流调节器12构成。相比上述的矢量解耦控制系统，其电压、电流控制环节是在ABC坐标系下完成的，因而无需设置反馈量的静止/旋转变换和作用量的旋转/静止反变换等环节。相应地，这里的电压指令发生器6给出的是三相输出电压的设定值Va*，Vb*，Vc*及A相的相位角度θ*。即Va*＝Vm*COSθ*，Vb*＝Vm*COS(θ*-120)，Vc*＝Vm*COS(θ*-240)，其中Vm*为输出交流电压的目标幅值。上述两种基本控制单元对于逆变器承担三相平衡线性负载时均可获得良好的控制效果。不过，当逆变器承担三相不平衡负载(如单相负载)时，虽然上述控制系统从原理上能抑制这种不平衡负载对输出电压精度造成的影响，但由于实际控制系统响应速度和增益的限制，其抑制效果一般并不能满足精密负载的需要。特别是当控制系统采用处理能力受限的微处理器实现时，这种由不平衡负载引起的输出电压精度的稳态偏离往往较大，比如当仅在逆变器的A相输出上加一定程度的负载时，其A相电压会跌落，而B、C相电压会上扬。另外一种情况是当逆变器的输出承担开关电源类非线性整流性负载时，其输出电压的波峰或波谷不可避免地会被削平，从而造成输出电压有效值偏离设定值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述非线性负载时输出电压精度较差以及在逆变器带三相不平衡负载时输出电压精度较差的问题，对逆变器尤其是三相逆变器的控制系统加以改进，使逆变器能减少克服非线性负载或三相不平衡负载对输出电压带来的影响，提供高精度的三相平衡的输出电压。具体而言，本专利技术要提供一种输出电压可控精度高的逆变器以及用于实现上述逆变器的逆变器输出电压控制方法。本专利技术的技术方案在于，在上述传统逆变器的基本控制单元的基础上，增加逆变器各相输出电压的有效值控制环节，该有效值控制环节通过控制各相输出电压的有效值与设定有效值的一致，从而保证非线性负载或在带三相不平衡负载时有较高输出电压精度。此时，所述电压指令发生器还产生电压有效值给定值；所述有效值控制环节包括计算实际输出电压有效值的计算器、将所述电压有效值给定值减去所述实际输出电压有效值以获得有效值误差的有效值减法器、根据所述有效值误差进行调节以生成直流补偿作用量的有效值调节器、将所述直流补偿作用量转换成三相交流补偿作用量的乘法器、以及将所述交流补偿量叠加到所述基本作用量上的加法器。其中，所述补偿作用量是由各相有效值调节器根据其具体的有效值偏差情况进行调整的，若采用无差的PI调节方式，则可实现各种负载条件下各相输出电压的稳态有效值与设定有效值的一致。按照本专利技术提供的逆变器输出电压控制方法，在由基本控制单元产生基本作用量作用于逆变单元的基础上，还包括以下步骤检测(计算)输出电压的有效值/平均值；产生输出电压有效值/平均值给定值；将电压有效值/平均值给定值减去检测到的输出电压有效值/平均值，以获得有效值/平均值误差；根据所述有效值/平均值误差进行调节以生成直流补偿作用量；将所述直流补偿作用量转换成交流补偿作用量；将所述交流补偿量叠加到所述基本作用量上，通过逆变单元实现对逆变输出电压的控制。实施本专利技术提供的，可分别应用于三相独立控制系统和矢量解耦控制系统。通过提供各相补偿作用量，使得输出电压控制系统既可保持基本控制单元的基本特点和设计思路，又增强了其输出电压的稳压精度及负载适应能力。按照本专利技术提供的还可针对电压平均值实施，具有实现简单、设计独立等优点。实施例一本专利技术逆变器第一实施例如图3所示，从图中可以看出，其输出电压控制系统除包括图1所示的基本矢量控制系统的所有基本环节外，还补充了一个有效值或平均值控制环节。平均值控制环节与有效值控制环节类似，以下均以有效值控制环节为例进行阐述。本实施例中，电压指令发生器6除产生输出电压矢量的矢量角θ*及输出电压矢量在dq旋转坐标系下的给定值Vd*、Vq*(通常为0)以外，还要产生相应的输出电压的有效值给定值VRMS*。VRMS*与Vd*存在严格的对应关系，一般可表达为VRMS*=Vd*/2]]>。有效值计算器15以逆变器输出电压的重复周期为计算周期，根据输出三相电压的瞬时值Va、Vb、Vc分别计算其有效值VaRMS、VbRMS、VcRMS。有效值减法器16将上述有效值给定值VRMS*分别减去输出电压各相有效值VaR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变器，包括逆变单元（１）、设在所述逆变单元（１）与负载（３）之间的滤波单元（２），以及对输出电压进行控制的基本控制单元，其特征在于，还包括输出电压的有效值／平均值控制环节，所述有效值／平均值控制环节包括用于产生电压有效值／平均值给定值和相位角度θ＊的电压指令发生器（６）；计算实际输出电压有效值／平均值的计算器（１５）、将所述电压有效值／平均值给定值减去所述实际输出电压有效值／平均值以获得有效值／平均值误差的有效值／平均值减法器（１６）、根据所述有效值／平均值误差进行调节以生成直流补偿作用量的有效值／平均值调节器（１７）、将所述直流补偿作用量转换成交流补偿作用量的乘法器（１８）、以及将所述交流补偿量叠加到所述基本作用量上的加法器（１９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛小军，周党生，
申请(专利权)人：艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]