一种高精度交流电子负载控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种高精度交流电子负载控制系统及方法，属于交流电子负载模拟的测试装备领域，包括获取LC滤波器的电容C上的电容电压U

【技术实现步骤摘要】
一种高精度交流电子负载控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及交流电子负载模拟的测试装备
，具体为一种高精度交流电子负载的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]交流电子负载模拟的测试装备多应用于交流电机控制器、变频器、交流模拟电源的带载测试、特定功率因数负载模拟、老化测试的场合，交流电子负载本质是一种能实现交流电流幅值和相位控制的电力电子装置，相比较于传统的R/RC/RL等耗能型负载，交流电子负载可具有恒流、恒阻、恒功率等灵活应用的同时，可将能量回馈电网，节能环保。论文《单相能馈型交流电子负载的研究》(通信电源技术，李照，师延飞，日照市第一中学，日照市重点实验室，2017年1月25日)中针对能馈型交流电子负载传统控制方法精度低、动态响应慢、模拟效果差等问题，将重复+P控制用于负载模拟侧电流控制器的设计。模拟变换器采用单电流环控制，并网变换器采用电流内环和加入二次陷波器的电压外环双闭环控制，可使能馈型交流电子负载准确模拟真实负载，并使能量单位功率因数回馈电网，达到节能的效果。
[0003]其设计初衷是用于交流电源或电机控制器的出厂测试，相比于传统真实RLC装置的能耗高、自动化程度低、调节不变的缺点，模拟RLC特性的交流电子负载可使测试更加简单、灵活，降低试验成本。
[0004]高动态性能、高稳态精度是交流电子负载的核心指标。为了减小输出电流纹波、提高外部电压采样精度，电子负载通常外接LC滤波器，然后通过对外部负载输出电流的采样实现输出电流的高精度控制，此时大多数的控制是采用输出电流外环和电感电流内环的控制，此种控制的电流幅值和相位精度高，通过输出电流外环、电感电流内环双环控制策略，实现对输出电流幅值、相位的控制，但是这种控制方式存在电流控制增益低、输出电流幅值和相位误差大、动态性能差等缺点。如果通过采用SIC/MOSFET等快速功率器件提高电流动态性，又会导致系统成本大大提高；另一种方法是直接控制电感电流的幅值和相位，这种方法电流动态性高，但由于LC滤波器的存在，电感电流和输出电流存在相位差，这样输出电流的相位又难以保证。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何通过采样交流电子负载的滤波器的电容电压和电感电流，达到对输出电流幅值和相位的高动态、较高精度控制。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0007]一种高精度交流电子负载控制系统，其特征在于，包括：待测交流电源e1或电机控制器、交流电子负载电路、电网e2；
[0008]所述的交流电子负载电路包括：LC滤波器、PWM全桥逆变电路、PWM全桥整流电路、母线电容C2；
[0009]所述PWM全桥逆变电路和所述LC滤波器作为模拟负载，对待测交流电源e1进行测
试，所述PWM全桥整流电路对所述母线电容C2的电压U
d
进行稳压控制，并将多余的能量回馈至电网e2。
[0010]一种应用于高精度交流电子负载控制系统的控制方法，所述控制方法包括：
[0011]S1、获取所述LC滤波器的电容C上的电容电压U
c
；
[0012]S2、计算得到所述LC滤波器的电感L的电流指令值
[0013]S3、获取所述LC滤波器的电感L的电流采样值i
L
，将所述电感L的电流指令值与所述电感L的电流采样值i
L
进行比较后，输入PR控制器进行计算；
[0014]S4、获取所述母线电容C2的电压U
d
，将所述电容电压U
c
和所述母线电容C2的电压U
d
进行比例计算，并将所述电容电压U
c
与所述母线电容C2的电压U
d
的比值作为输出电压前馈补偿与所述PR控制器的输出值进行加减运算后输出占空比，控制所述交流电子负载中PWM全桥逆变电路中开关管的通断。
[0015]有益效果：本专利技术中通过将外部输出电流的幅值、相位控制转化为内部电感电流的幅值、相位控制；变双环控制(输出电流外环、感流内环)为单环控制(仅感流闭环)，控制简单可靠，保证了被控制量的幅值、相位误差为最低；加入输出电压补偿控制，降低了PR控制器的负担，进一步提高了被控电流的准确度。控制方法以电感电流单环PR控制为主，单环控制提升电流的动态性能；再结合进行输出电压的补偿，提高对电压扰动的快速响应，电感电流单环采用PR控制器，辅以输出电压前馈补偿，控制简单、电流动态性能高、误差小。
[0016]进一步地，步骤S1中获取所述LC滤波器的电容C上的电容电压U
c
的方法如下：
[0017]通过采样和锁相得到电容C上的电容电压U
c
；
[0018][0019]式中U
rms
为外部交流电压源的电压有效值，w为电压角频率，wt+θ1为外部交流源锁相相位。
[0020]进一步地，步骤S2中所述的计算得到所述LC滤波器的电感L的电流指令值I
Lref
的方法如下：
[0021]S21、用户输入负载电流的功率因数PF值，再求出对应的功率因数角θ，或用户直接给出功率因数角度θ：
[0022]θ＝acos(PF)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)
[0023]其中，感性负载PF大于0，容性负载PF小于0，阻性负载PF＝1；
[0024]S22、用户输入电流有效值指令I
rms
，则对应瞬时值指令I
oref
为
[0025][0026]式中θ为公式(2)所得到的相对于所述LC滤波器的电容C上的电容电压U
c
的电流的相位差；
[0027]S23、计算所述LC滤波器的电容C消耗的无功电流为：
[0028][0029]将公式(1)带入公式(4)得到：
[0030][0031]式中C为所述LC滤波器的电容C的容值，单位为法拉；
[0032]S24、计算所述LC滤波器的电感L的电流指令值为：
[0033][0034]将公式(3)和公式(5)带入公式(6)得到：
[0035][0036]式中I
rms
为用户输入电流有效值，wt+θ1为外部交流源锁相相位，w为电压角频率，λ为功率因数角，C为所述LC滤波器的电容C的容值。
[0037]有益效果：本专利技术从控制策略上提出一种新方法，电流折算方法将一种幅值和相位的输出电流指令，折算为另一种幅值和相位的电感电流指令，通过采样交流电子负载的LC滤波器的电容电压和电感电流，达到对输出电流幅值和相位的高动态、较高精度控制。同时无需采样输出电流又可以降低系统成本。通过对交流电子负载的LC滤波器后端的电感电流的直接控制，实现对LC滤波器前端输出电流幅值和相位的间接控制，无需输出电流采样传感器,输出侧仅采样LC滤波器的电容电压和电感电流，实现输出电流的幅值和相位控制，拓扑结构简单可靠、成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度交流电子负载控制系统，其特征在于，包括：待测交流电源e1或电机控制器、交流电子负载电路、电网e2；所述交流电子负载电路包括：LC滤波器(10)、PWM全桥逆变电路(20)、PWM全桥整流电路(30)、母线电容C2；所述PWM全桥逆变电路(20)和所述LC滤波器(10)作为模拟负载，对待测交流电源e1进行测试，所述PWM全桥整流电路(30)对所述母线电容C2的电压U
d
进行稳压控制，并将多余的能量回馈至电网e2。2.一种应用于高精度交流电子负载控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：S1、获取所述LC滤波器(10)的电容C上的电容电压U
c
；S2、计算得到所述LC滤波器(10)的电感L的电流指令值S3、获取所述LC滤波器(10)的电感L的电流采样值i
L
，将所述电感L的电流指令值与所述电感L的电流采样值i
L
进行比较后，输入PR控制器进行计算；S4、获取所述母线电容C2的电压U
d
，将所述电容电压U
c
和所述母线电容C2的电压U
d
进行比例计算，并将所述电容电压U
c
与所述母线电容C2的电压U
d
的比值作为输出电压前馈补偿与所述PR控制器的输出值进行加减运算后输出占空比，控制所述交流电子负载中PWM全桥逆变电路(20)中开关管的通断。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤S1中获取所述LC滤波器(10)的电容C上的电容电压U
c
的方法如下：通过采样和锁相得到电容C上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉柱，孙步青，
申请(专利权)人：科威尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：