一种大功率高频开关整流电源综合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率高频开关整流电源综合控制方法，包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法两个部分。前级三相电压型整流器采用基于功率前馈的参数自适应调节无差拍控制方法，实现系统的快速响应，迅速跟踪负载的变化，通过参数自适应调节可以在线修正无差拍控制器参数，实现控制参数与实际参数的匹配，消除因参数摄动或漂移对控制性能不利影响，提高控制鲁棒性。后级高频DC/DC变换器采用基于输出电压反馈的虚拟阻抗自均流控制方法，有效解决均流控制精度和负载输出电压精度间的矛盾，使虚拟阻抗取值并不影响负载电压的输出调节，提高了虚拟阻抗均流法在输出电压精度要求较高的场合的适用能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大功率高频开关整流电源，特别是一种大功率高频开关整流电源的控制方法。
技术介绍
在大型电解电镀行业，高频开关电源是核心设备之一。传统电镀电解直流电源主要采用工频整流、不可控整流、晶闸管可控整流技术，电源装备体积大、能耗高、效率低，且网侧功率因数低、谐波含量高，严重影响了企业配电网安全稳定运行。而高频开关整流电源由于功率因数高、谐波含量小，体积小，正逐步替代传统电镀电解直流电源。前级三相电压型整流器主要实现PWM整流控制，采用电压电流双闭环控制方法。为了简化系统控制和便于工程应用，电压环大多采用PI控制方法，而电流环决定系统的控制精度和响应速度，是研究的重点。当前，工程应用较多的电流控制方法主要包括滞环控制、PI控制、比例谐振(PR)控制、无差拍控制等方法。滞环控制简单，鲁棒性好，但开关频率不固定，电流纹波大，影响直流侧电压的控制精度；传统PI控制设计简单，易于实现，但无法实现对交流量的无稳态误差跟踪控制；比例谐振(PR)控制器在谐振频率下具有无穷大的增益，可以零稳态误差地跟踪交流参考电流，但当电网频率偏移时，控制精度将受到较大影响。无差拍控制是基于被控对象精确电路模型的控制算法，具有响应速度快、控制误差小的特点，但无差拍控制效果对电路模型参数的依赖性大，特别是电感量参数和等效电阻参数，不仅难以精确检测，而且受温度和运行条件的影响，会产生较大的漂移和摄动，从而影响无差拍控制的控制效果，导致直流侧电压纹波大，降低产品质量。电解电镀行业的负载功率一般都很大，通常采用多个开关电源模块并联组合成大功率分布式电源体系，来实现大功率化。因此，后级高频DC / DC变换器一个重要控制目标是实现均流控制，当前的均流控制方法主要包括主从控制法、平均电流法、虚拟阻抗均流法等。主从控制是在各电源模块中选取一个模块为主电源模块，其他模块为从模块，主电源模块采用电压控制方法，从模块采用电流控制方法，这种均流方法可靠性比较低，当主电源模块发生故障时，整个控制系统就不能正常工作。平均电流法所有电源模块通过一根均流母线相互连接，每个子模块从均流母线上获得自身的电流参考信号，通过控制环的调节实现准确均流。平均电流法均流效果较好，但需要互联线，且并联系统的可靠程度与均流母线密切相关。虚拟阻抗均流法的实质是一种通过数字控制技术实现的下垂法，通过输出电流反馈引入虚拟阻抗来调节开关电源输出阻抗达到抑制物理内阻差异的目的。这种方法简单易行，不需要互联线，但均流控制精度与负载输出电压精度存在矛盾，虚拟阻抗取值越大，均流效果越好，但在虚拟阻抗上的压降也越大，影响开关电源的电压调节，因此在输出电压精度要求较高的场合并不适用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供，针对前级三相电压型整流器提出基于功率前馈的参数自适应调节无差拍控制方法，实现无差拍控制参数的在线调节，减少因参数偏移和摄动对控制精度造成的不利影响。针对后级高频DC / DC变换器，提出基于输出电压反馈的虚拟阻抗自均流控制方法，在提高均流效果和冗余性能的同时，有效消除虚拟阻抗取值对负载输出电压精度的影响。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:，包括大功率高频开关整流电源，所述大功率高频开关整流电源包括前级三相电压型整流器和后级高频DC / DC变换器，所述后级高频DC / DC变换器包括依次串联的单相全桥逆变器、高频耦合变压器和低压整流器；所述单相全桥逆变器与所述前级三相电压型整流器连接，所述前级三相电压型整流器通过滤波电感与三相电网连接，所述低压整流器接负载；该方法包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC / DC变换器控制方法两部分:所述前级三相电压型整流器控制方法为:I)将前级三相电压型整流器直流侧电压给定值Uref与直流侧电压检测值Udc相减后，误差通过PI控制器调节后输出一个调压指令信号Id。；2)检测负载功率，根据能量平衡原理计算出前级三相电压型整流器交流侧期望输入相电流幅值，所述输入相电流幅值即前馈指令信号Is，Is计算公式为:Is = 2Pl/3U,其中，U为三相电网母线电压相电压幅值；3)将前馈指令信号Is与调压指令信号Id。叠加，然后分别乘以前级三相电压型整流器各相的同步信号，得到前级三相电压型整流器参考电流信号为:权利要求1.，包括大功率高频开关整流电源，所述大功率高频开关整流电源包括前级三相电压型整流器和后级高频DC/DC变换器，所述后级高频DC/DC变换器包括依次串联的单相全桥逆变器、高频耦合变压器和低压整流器；所述单相全桥逆变器与所述前级三相电压型整流器连接，所述前级三相电压型整流器通过滤波电感与三相电网连接，所述低压整流器接负载；其特征在于，该方法包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法两部分: 所述前级三相电压型整流器控制方法为: 1)将前级三相电压型整流器直流侧电压给定值Uref与直流侧电压检测值Udc相减的值通过PI控制器调节后输出一个调压指令信号Id。； 2)检测负载功率匕，根据能量平衡原理计算出前级三相电压型整流器交流侧期望输入相电流幅值，所述输入相电流幅值即前馈指令信号Is，Is计算公式为: Is=2Pl/3U, 其中，U为三相电网母线电压相电压幅值； 3)将前馈指令信号Is与调压指令信号Id。叠加，然后分别乘以前级三相电压型整流器各相的同步信号，得到前级三相电压型整流器参考电流信号为:2.根据权利要求1所述的大功率高频开关整流电源综合控制方法，其特征在于，所述前级三相电压型整流器控制方法中，三个开关臂开关管的开关信号Sa、Sb和S。定义为: 其中Si=I代表开关臂的上管导通，下管断开；Si=-l代表开关臂的下管导通，上管断开；3.根据权利要求1所述的大功率高频开关整流电源综合控制方法，其特征在于，所述后级高频DC/DC变换器控制方法中，电压环的参考信号值V。*的表达式为: V0*=Ur-K*i0+u。全文摘要本专利技术公开了，包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法两个部分。前级三相电压型整流器采用基于功率前馈的参数自适应调节无差拍控制方法，实现系统的快速响应，迅速跟踪负载的变化，通过参数自适应调节可以在线修正无差拍控制器参数，实现控制参数与实际参数的匹配，消除因参数摄动或漂移对控制性能不利影响，提高控制鲁棒性。后级高频DC/DC变换器采用基于输出电压反馈的虚拟阻抗自均流控制方法，有效解决均流控制精度和负载输出电压精度间的矛盾，使虚拟阻抗取值并不影响负载电压的输出调节，提高了虚拟阻抗均流法在输出电压精度要求较高的场合的适用能力。文档编号H02M7/219GK103199718SQ20131012770公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日专利技术者罗安, 王逸超, 肖华根, 马伏军, 陈燕东, 姚芳, 徐千鸣 申请人:湖南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率高频开关整流电源综合控制方法，包括大功率高频开关整流电源，所述大功率高频开关整流电源包括前级三相电压型整流器和后级高频DC/DC变换器，所述后级高频DC/DC变换器包括依次串联的单相全桥逆变器、高频耦合变压器和低压整流器；所述单相全桥逆变器与所述前级三相电压型整流器连接，所述前级三相电压型整流器通过滤波电感与三相电网连接，所述低压整流器接负载；其特征在于，该方法包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法两部分：所述前级三相电压型整流器控制方法为：1）将前级三相电压型整流器直流侧电压给定值Uref与直流侧电压检测值Udc相减的值通过PI控制器调节后输出一个调压指令信号Idc；2）检测负载功率PL，根据能量平衡原理计算出前级三相电压型整流器交流侧期望输入相电流幅值，所述输入相电流幅值即前馈指令信号IS，IS计算公式为：IS=2PL/3U，其中，U为三相电网母线电压相电压幅值；3）将前馈指令信号IS与调压指令信号Idc叠加，然后分别乘以前级三相电压型整流器各相的同步信号，得到前级三相电压型整流器参考电流信号为：其中，irefx，x=a,b,c表示前级三相电压型整流器的三相参考电流信号；ω为三相电网基波角频率；4）根据无差拍控制原理，求得前级三相电压型整流器三个开关臂的占空比信号dx，x=a,b,c，占空比信号dx的表达式为：da=1Udc[USa-LT(irefa-iinva)-Riinva]+12db=1Udc[USb-LT(irefb-iinvb)-Riinvb]+12dc=1Udc[USc-LT(irefc-iinvc)-Riinvc]+12其中，T为采样周期；R为前级三相电压型整流器网侧等效电阻；L为前级三相电压型整流器网侧滤波电感；USa、USb、USc为三相电网电压，iinva、iinvb、iinvc为前级三相电压型整流器三相输入电流。5）通过PWM调制方法，根据占空比da、db和dc，求得前级三相电压型整流器的三个开关臂开关管的开关信号Sa、Sb和Sc，驱动开关臂获得期望的电压电流信号；6）由开关管信号Sa、Sb和Sc，计算得到前级三相电压型整流器的输出电压Uinva、Uinvb和Uinvc，Uinva、Uinvb和Uinvc经基于电网电压矢量定向的同步旋转坐标变换及低通滤波后，得到同步旋转坐标变换下d轴和q轴的直流分量Udinv和Uqinv；由前级三相电压型整流器三相输出电流iinva、iinvb和iinvc经基于电网电压矢量定向的同步旋转坐标变换及低通滤波后，得到同步旋转坐标变换下d轴和q轴的直流分量idinv和iqinv；利用Udinv、Uqinv、idinv和iqinv计算实际电阻Redq和实际电感Ledq的参数值：Redq=Uidinv-Udinvidinv-Uqinviqinvidinv2+iqinv2,Ledq=Udinviqinv-Uqinvidinv-Uiqinvω(idinv2+iqinv2);7）用上步骤6）得到的实际电阻Redq和实际电感Ledq的参数值分别替代上 述步骤4）中的网侧等效电阻和网侧滤波电感值，修正占空比信号dx的表达式来提高控制精度；所述后级高频DC/DC变换器控制方法为：1）检测负载电压Vo，将负载电压给定值Ur与负载电压检测值Vo相减，误差经过PI控制器和限幅环节，得到反馈调节信号u；2）检测后级高频DC/DC变换器直流输出电流io，将负载电压给定值Ur与后级高频DC/DC变换器虚拟阻抗的电压信号Kio相减，再与反馈调节信号u叠加，得到电压环的参考信号值Vo*；其中K为后级高频DC/DC变换器输出端串联的虚拟阻抗的内阻，K>>r，r为后级高频DC/DC变换器自身等效内阻；3）将参考信号值Vo*与负载电压检测值Vo相减，经过PI控制器和限幅环节，得到电压环控制输出，所述电压环控制输出即单相全桥逆变器的占空比信号do；4）通过PWM调制，得到单相全桥逆变器开关管的控制信号，驱动单相全桥逆变器开关管得到期望的输出电压电流信号。FDA00003039794900011.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，王逸超，肖华根，马伏军，陈燕东，姚芳，徐千鸣，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：