一种基于PR内环控制的组合式三相逆变电源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于PR内环控制的组合式三相逆变电源，所述组合式三相逆变电源包括：对直流电压进行滤波处理的直流滤波电路，ABC三相独立的桥式高频调制电路，ABC三相独立的交流滤波电路，分别采集三相输出电压和输出电流的传感器组以及隔离型的三相变压器，以及各自独立的三相控制电路。本发明专利技术的组合式三相逆变电源采用双环控制结构，外环采用虚拟同步旋转坐标系下输出交流电压PI控制，内环采用输出电流PR控制。本发明专利技术相比现有的逆变电源，实现了三相交流的完全独立控制，在极端不平衡负载下仍能维持三相电压平衡，其稳态谐波畸变率低，负载突变条件下动态响应速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流-交流电能变换装置，具体涉及一种基于PR内环控制的三相逆变电源。
技术介绍
逆变电源可以将直流电制变换为交流电制，提供具有良好品质的各种交流用电。随着社会工业需求的提高，对逆变电源功率需求越来越高，而大功率逆变电源由于使用的开关器件性能的限制，其开关频率有限，控制性能会受到很大制约，然而另一方面，随着工业负荷多样性增加，独立交流电网中负荷投切变的更加频繁，对逆变电源输出电压的稳定度、各种大负载投切下的快速响应能力、恶劣不平衡负载下的电压均衡度、对短路故障的保护能力等等方面均提出了很高的要求。传统的三相逆变电源通常控制上采用同步旋转坐标系下的电压PI控制，基于这种拓扑和控制结构的逆变电源三相输出电压相互耦合，任意一相负载状态或外电路状态发生变化，就会严重影响其他两相电压的输出，此外采用单电压环控制方案的逆变电源稳定性差。也有采用电压PI外环、电流单P内环的双环控制结构来改善逆变电源稳定性，同时也具备了一定的短路限流能力，然而限流能力十分有限且限流值不恒定，且三相耦合依然严重。还有采用电压PI外环、电流PI内环的双环控制结构来增强短路限流能力，但同样的存在三相相互耦合的问题，且采用双环结构后受到内环控制影响，外环动态响应的快速性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服三相逆变电源相间相互耦合、稳态特性和动态特性难以兼顾的问题。提高极端不平衡负载下三相电压平衡度，提高逆变电源输出交流电压稳态品质和大负载投切时的动态响应速度。具体而言，本专利技术提供一种基于PR内环控制的组合式三相逆变电源，其特征在于，所述组合式三相逆变电源包括：对直流电压进行滤波处理的直流滤波电路，ABC三相独立的桥式高频调制电路，ABC三相独立的交流滤波电路，分别采集三相输出电压和输出电流的传感器组以及隔离型的三相变压器，以及各自独立的三相控制电路，每相的控制电路包括：虚拟静止-同步旋转变换运算器(6)、电压D轴PI运算器(7)、电压Q轴PI运算器(8)、同步-静止变换运算器(9)、带抗饱和限定的电流PR运算器(10)、谐波主动补偿运算器(11)和驱动生成器(12)，所述虚拟静止-同步旋转变换运算器(6)接收电压当前值Ui_0和k拍前的历史值Ui_k以及相位信号Phi，并进行虚拟坐标转换计算得到单相电压D轴分量Ui_D和Q轴分量Ui_Q，其中i为ABC三相中的任意一相；电压D轴PI运算器(7)接收D轴设定指令值Ui_Dref和D轴电压分量Ui_D，经过PI运算后得到结果Ii_Dref；电压Q轴PI运算器(8)接收Q轴设定指令值Ui_Qref和Q轴电压分量Ui_Q，经过PI运算后得到结果Ii_Qref；同步-静止变换运算器(9)接收Ii_Dref、Ii_Qref以及i相相位信号Phi，经过坐标变换计算得到静止坐标系下i相电流交流指令值Ii_ref；带抗饱和限定的电流PR运算器(10)接收指令值Ii_ref和i相电流当前采样值Ii_0，计算得到i相的占空比控制信号Di_out；谐波主动补偿运算器(11)接收i相电压当前值Ui_0，并提取电压中的谐波分量进行定点补偿控制；驱动生成器(12)接收运算后得到的主动谐波补偿量Di_hout，用以生成三相逆变电源的i相驱动信号。优选地，所述的虚拟静止-同步旋转变换运算器(6)利用公式(I)和(II)计算得到UA_D和UA_Q：其中，PhA为程序自生成的A相相位，一个采样周期表示为Ts，交流电压的基波周期为T，N表示当前时刻是一个基波周期T内的第N个采样周期，UA_0是当前采样时刻的电压瞬时值，UA_k是k个采样周期前的电压瞬时值。优选地，所述的电压D轴PI运算器(7)和电压Q轴PI运算器(8)利用常规的PI运算公式进行计算，计算后得到IA_Dref和IA_Qref，所述的同步-静止变换运算器(9)采用下述公式(IV)计算得到IA_ref，IA_ref＝IA_Dref×sin(PhA)+IA_Qref×cos(PhA) (IV)优选地，所述带抗饱和限定的电流PR运算器(10)包括误差减法器(10-1)、抗饱和减法器(10-2)、PR比例运算器(10-3)、带相位补偿的PR谐振运算器(10-4)、加法器(10-5)、抗饱和运算器(10-6)、幅值限定器(10-7)和幅值限定减法器(10-8)，误差减法器(10-1)接收IA_ref和IA_0、进行减法运算，计算得到二者之间的误差IA_err；PR比例运算器(10-3)接收IA_err并将IA_err乘以系数KP_PR后输出计算结果IA_KPo；抗饱和减法器(10-2)接收误差IA_err，其中，IA_err送入到抗饱和减法器(10-2)的“-”端，经运算后得到IA_errR；IA_errR送入带相位补偿的PR谐振运算器(10-4)，经过基于基波频率的谐振算法计算后，得到输出结果IA_GRo；IA_GRo和IA_KPo同时送入加法器(10-5)，相加得到IA_out；IA_out送入幅值限定器(10-7)计算后得到DA_out；IA_out和DA_out分别送入到幅值限定减法器(10-8)的“+”端和“-”端，相减得到IA_outm；IA_outm送入到抗饱和运算器(10-6)计算，抗饱和运算器(10-6)将IA_outm乘以系数Klim后输出结果IA_errm，结果送入到抗饱和减法器(10-2)的“-”端。优选地，所述的带相位补偿的PR谐振运算器(10-4)的计算公式如公式(V)所示，其中KR是谐振运算器增益系数，w0是交流电压基波角频率，wc是基波相位补偿角；优选地，所述的谐波主动补偿运算器(11)包括基波陷波器(11-1)、n个单次谐波主动补偿运算器(11-2)和加法器(11-3)。本专利技术控制方法的优点在于：(1)三相完全独立控制，互不耦合，极端不平衡负载下仍能保证输出电压高平衡度；(2)虚拟同步旋转坐标系外环电压PI控制可以实现输出电压的无静差控制；(3)PR电流内环提供了极其快速的内环响应速度，保证系统动态响应快，且具备准确快速的短路限流能力；(4)PR电流内环只对基波频率成分起作用，保证了稳态谐波电压低，以及短路限流值的稳定度；(5)PR输出抗饱和幅值限定器能够保证逆变电源在直流电压不足时仍能维持良好的正弦波形输出；(6)谐波主动补偿运算器可以有效定点补偿逆变电源输出电压中由系统外部负载特性引入的特征次谐波。附图说明图1为基于PR内环控制的组合式三相逆变电源的系统框图；图2为图1中带抗饱和限定的电流PR运算器的结构框图；图3为图1中谐波主动补偿运算器的结构框图；图4为本专利技术中抗饱和运算器的控制效果；图5为本专利技术中主动谐波补偿控制器的效果；图6为逆变电源在极端不平衡工况时的控制效果。具体实施方式实施例1下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术的基于PR内环控制的组合式三相逆变电源包括对直流电压进行滤波处理的直流滤波电路1，三相分别独立的A(BC)相桥式高频调制电路2，三相独立的A(BC)相交流滤波电路3，分别采集三相输出电压和输出电流的传感器组4以及隔离型的三相变压器5。本专利技术对各相进行独立的基于PR电流内环控制、虚拟同步旋转坐标系下PI电压外环控制的双环控制。每相的控制模块包括独立的虚拟静止-同步旋转变换运算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PR内环控制的组合式三相逆变电源，其特征在于，所述组合式三相逆变电源包括：对直流电压进行滤波处理的直流滤波电路，ABC三相独立的桥式高频调制电路，ABC三相独立的交流滤波电路，分别采集三相输出电压和输出电流的传感器组以及隔离型的三相变压器，以及各自独立的三相控制电路，每相的控制电路包括：虚拟静止‑同步旋转变换运算器(6)、电压D轴PI运算器(7)、电压Q轴PI运算器(8)、同步‑静止变换运算器(9)、带抗饱和限定的电流PR运算器(10)、谐波主动补偿运算器(11)和驱动生成器(12)，所述虚拟静止‑同步旋转变换运算器(6)接收电压当前值Ui_0和k拍前的历史值Ui_k以及相位信号Phi，并进行虚拟坐标转换计算得到单相电压D轴分量Ui_D和Q轴分量Ui_Q，其中i为ABC三相中的任意一相；电压D轴PI运算器(7)接收D轴设定指令值Ui_Dref和D轴电压分量Ui_D，经过PI运算后得到结果Ii_Dref；电压Q轴PI运算器(8)接收Q轴设定指令值Ui_Qref和Q轴电压分量Ui_Q，经过PI运算后得到结果Ii_Qref；同步‑静止变换运算器(9)接收Ii_Dref、Ii_Qref以及i相相位信号Phi，经过坐标变换计算得到静止坐标系下i相电流交流指令值Ii_ref；带抗饱和限定的电流PR运算器(10)接收指令值Ii_ref和i相电流当前采样值Ii_0，计算得到i相的占空比控制信号Di_out；谐波主动补偿运算器(11)接收i相电压当前值Ui_0，并提取电压中的谐波分量进行定点补偿控制；驱动生成器(12)接收运算后得到的主动谐波补偿量Di_hout，用以生成三相逆变电源的i相驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种基于PR内环控制的组合式三相逆变电源，其特征在于，所述组合式三相逆变电源包括：对直流电压进行滤波处理的直流滤波电路，ABC三相独立的桥式高频调制电路，ABC三相独立的交流滤波电路，分别采集三相输出电压和输出电流的传感器组以及隔离型的三相变压器，以及各自独立的三相控制电路，每相的控制电路包括：虚拟静止-同步旋转变换运算器(6)、电压D轴PI运算器(7)、电压Q轴PI运算器(8)、同步-静止变换运算器(9)、带抗饱和限定的电流PR运算器(10)、谐波主动补偿运算器(11)和驱动生成器(12)，所述虚拟静止-同步旋转变换运算器(6)接收电压当前值Ui_0和k拍前的历史值Ui_k以及相位信号Phi，并进行虚拟坐标转换计算得到单相电压D轴分量Ui_D和Q轴分量Ui_Q，其中i为ABC三相中的任意一相；电压D轴PI运算器(7)接收D轴设定指令值Ui_Dref和D轴电压分量Ui_D，经过PI运算后得到结果Ii_Dref；电压Q轴PI运算器(8)接收Q轴设定指令值Ui_Qref和Q轴电压分量Ui_Q，经过PI运算后得到结果Ii_Qref；同步-静止变换运算器(9)接收Ii_Dref、Ii_Qref以及i相相位信号Phi，经过坐标变换计算得到静止坐标系下i相电流交流指令值Ii_ref；带抗饱和限定的电流PR运算器(10)接收指令值Ii_ref和i相电流当前采样值Ii_0，计算得到i相的占空比控制信号Di_out；谐波主动补偿运算器(11)接收i相电压当前值Ui_0，并提取电压中的谐波分量进行定点补偿控制；驱动生成器(12)接收运算后得到的主动谐波补偿量Di_hout，用以生成三相逆变电源的i相驱动信号。2.根据权利要求1所述的基于PR内环控制的组合式三相逆变电源，其特征在于，所述的虚拟静止-同步旋转变换运算器(6)利用公式(I)和(II)计算得到UA_D和UA_Q：其中，PhA为程序自生成的A相相位，一个采样周期表示为Ts，交流电压的基波周期为T，N表示当前时刻是一个基波周期T内的第N个采样周期，UA_0是当前采样时刻的电压瞬时值，UA_k是k个采样周期前的电压瞬时值。3.根据权利要求2所述的基于PR内环控制的组合式三相逆变电源，其特征在于，所述的电压D轴PI运算器(7)和电压Q轴P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，蔡凯，吴浩伟，李鹏，李小谦，邓磊，欧阳晖，姚川，姜波，李可维，周樑，金惠峰，邢贺鹏，李兴东，徐正喜，陈涛，魏华，雷秉霖，张辉睿，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42