一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法技术方案

技术编号:19390693 阅读:21 留言:0更新日期:2018-11-10 02:41
本发明专利技术涉及电力电子变换器领域,具体涉及一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制技术。通过功率变换器级联系统中的负载变换器采用移相全桥变换器以及在移相全桥变换器一个桥臂的中点对直流负母线引入一条LC支路的方式,通过特定的闭环控制,调节移相全桥变换器桥臂的占空比,改善直流母线电压的稳定性;本发明专利技术可改善功率变换器级联系统直流母线的电压稳定性以及功率变换器级联系统的动态性能,显著降低成本、体积和重量,同时增加整个系统的功率密度和可靠性,提高输出电压的电能质量。

A DC bus voltage stability control method for cascaded power converters

The invention relates to the field of power electronic converters, in particular to a stable control technology for DC bus voltage of power converter cascade system. The load converter in power converter cascade system adopts phase-shifted full-bridge converter and introduces an LC branch to the DC negative bus at the midpoint of a bridge arm of phase-shifted full-bridge converter. Through specific closed-loop control, the duty cycle of the bridge arm of phase-shifted full-bridge converter is adjusted to improve the stability of DC bus voltage. The invention can improve the voltage stability of DC bus in power converter cascade system and the dynamic performance of power converter cascade system, significantly reduce cost, volume and weight, increase the power density and reliability of the whole system, and improve the power quality of output voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法
本专利技术涉及电力电子变换器领域,具体涉及一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法。
技术介绍
由于在功率变换器级联系统中,具有高带宽控制负载变换器可呈现不同程度的恒功率负阻抗特性,这会导致级联系统在直流母线电压失稳。所以通过有效的控制手段改善直流母线电压的稳定性对于功率变换器级联系统的运行十分重要。目前对于一般的功率变换器级联系统,通常仅区分以源变换器和负载变换器为被控对象进行独立的控制系统设计,虽然这种独立的控制系统设计可保证源变换器和负载变换器独立运行时都能稳定工作,但是由于源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗之间的匹配关系不满足Middlebrook判据,而使得所构成的级联系统的直流母线电压振荡。
技术实现思路
本专利技术提供的一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法,以改善直流母线电压的稳定性。一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法,包括:(1)规定功率变换器级联系统的电路拓扑结构及控制系统中电子元件名称和对应表示符号为:第一电压传感器VS1、第二电压传感器VS2、第三电压传感器VS3、第一电压控制器Hv1、第二电压控制器Hv2、电流控制器Hc1、高通滤波器Ghp1、高通滤波器Ghp2、低通滤波器Glp1、滤波器Gf;(2)定义功率变换器级联系统控制程序中控制变量和中间变量,其中第一控制变量ibr1、第二控制变量ibr2、第三控制变量δd、第四控制变量uc2、第五控制变量uc4以及第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号为控制变量;LC支路电容Cb两端的实际电压ub、直流母线电压值udc、由高通滤波器Ghp1所得结果ue2、直流母线电压低通分量ulf1、高通滤波器Ghp1的转折频率ωp1、LC支路实际电流值ib、最终的移相全桥变换器桥臂占空比调制信号uc1、移相全桥变换器桥臂占空比d、移相全桥变换器的输出电压给定值uor、移相全桥变换器的输出电压uo、由滤波器Gf所得结果ue4、直流母线电压低通分量ulf2和高通滤波器Ghp2的转折频率ωp2为中间变量;另外,Cb为LC支路电容、ubr为LC支路电容Cb的给定电压值、比例系数Cv1为第一部分等效电容容量值、比例系数Cv2为第二部分等效电容容量值、Vm为锯齿载波或三角载波的幅值、R为直流负载电流对应的等效电阻以及N为变压器副边对原边的匝数比;(3)通过功率变换器级联系统上电初始阶段软件和硬件初始化,将以下控制变量以及中间变量设置为零初值,即:ibr1=0,δd=0,uc1=0,ue2=0,ibr2=0,ue2=0,ulf1=0,uc2=0,ue4=0,ulf2=0,uc4=0,(4)通过将LC支路电容Cb的给定的电压值ubr与第一电压传感器VS1采样得到实际的Cb两端电压值ub之差ubr-ub送入第一电压控制器Hv1进行运算,产生第一控制信号ibr1;(5)通过将第二电压传感器VS2采样得到直流母线电压值udc经过一个在需补偿频段具有微分特性的高通滤波器Ghp1后,得到结果ue2;该结果ue2同时乘以比例系数Cv1、通过低通滤波器Glp1获得的直流母线电压低通分量ulf1和高通滤波器Ghp1的转折频率ωp1,得到的乘积结果除以LC支路电容Cb的实际电压ub后获得第二控制信号ibr2;(6)通过将第一控制信号ibr1和第二控制信号ibr2叠加形成的ibr1+ibr2设置为最终的LC支路电流控制器给定值,将该值与LC支路实际电流值ib之差ibr1+ibr2-ib送入电流控制器Hc1进行运算,产生第三控制信号δd;将第三控制信号δd与0.5Vm相叠加,获得最终的移相全桥变换器桥臂占空比调制信号uc1;该占空比调制信号uc1经环节1/Vm后得到移相全桥变换器桥臂占空比d;(7)通过执行移相全桥变换器本身输出电压闭环控制程序,将移相全桥变换器输出给定值uor与由第三电压传感器VS3获得的输出电压实际值uo之差uor-uo送入第二电压控制器Hv2进行运算,产生第四控制信号uc2;(8)通过将直流母线电压实际采样值经过在需补偿频段具有微分特性的滤波器Gf后得到结果ue4;该结果ue4同时乘以比例系数Cv2、通过低通滤波器Glp2获得的直流母线电压低通分量ulf2、高通滤波器Ghp2的转折频率ωp2、和得到乘积第五控制变量uc4;将此控制变量uc4作为移相全桥变换器输出电压闭环控制器输出的修正量,将第四控制信号uc2和第五控制信号uc4叠加的结果uc2+uc4设置为第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号(9)通过将得到的移相全桥变换器桥臂占空比信号d以及第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号送入控制系统CPU中,实现移相全桥变换器桥臂占空比信号d和脉冲相位控制的DCPC环节,产生驱动桥臂开关管S1、S2、S3、S4的驱动脉冲信号ds1、ds2、ds3、ds4;其中ds1与ds3互补,ds2与ds4互补,ds1超前ds2的相位为ds3超前ds4的相位为(10)在没有得到停机指令的情况下重复执行(4)~(9)步骤,否则退出运行状态。本专利技术的有益效果在于:1.本专利技术设计了基于移相全桥变换器拓扑结构的改善直流母线电压稳定性的控制系统结构以及实现了直流母线等效电容的控制系统设计方法;2.本专利技术可以改善功率变换器级联系统直流母线的电压稳定性以及功率变换器级联系统的动态性能;3.本专利技术除引入一条LC支路以外,无需额外电力电子器件及其他硬件控制系统,相对于传统方式通过增加额外的直流母线电压调节器改善级(互)联功率变换器系统直流母线电压稳定性的方法,本专利技术可以显著降低成本,同时增加整个系统的功率密度和可靠性;4.本专利技术相对于传统的仅通过负载变换器有源控制改善直流母线电压稳定性的方法,本专利技术可以降低直流母线电压动态变化对移相全桥变换器输出电压的影响,提高输出电压的电能质量;5.本专利技术分别以引入的LC支路控制和移相全桥变换器有源控制两种方式构造一定容量的等效电容Cv1和Cv2,减小单独使用LC支路构造等效直流母线电容所需的实际电容容量,有助于降低系统的成本、体积和重量。附图说明图1为一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法的执行流程图;图2为本专利技术功率变换器级联系统的电路拓扑结构及其控制系统示意图;图3为本专利技术功率变换器级联系统的等效简化电路示意图;图4为本专利技术DCPC模块实现方法的示意图;图5为不采用任何稳定控制策略条件下突加负载时直流母线电压的波形示意图;图6为不采用任何稳定控制策略条件下突加负载时输出电压的波形示意图;图7为采用本专利技术所述稳定控制策略条件下突加负载时直流母线电压的波形示意图;图8为采用本专利技术所述稳定控制策略条件下突加负载时输出电压的波形示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述:图1为一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法的执行流程图。具体说明如下:(1)首先在系统上电初始阶段,进行与系统控制相关的软件和硬件初始化工作,其中重要的工作是置程序中的关键控制变量(包括一些中间变量)为零初值,如:ue1=0,ibr1=0,ie=0,δd=0,uc1=0,ue2=0,ibr2=0,ue2=0,ulf1=0;ue3=0,uc2=0,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法,其特征在于,包括:(1)规定功率变换器级联系统的电路拓扑结构及控制系统中电子元件名称和对应表示符号为:第一电压传感器VS1、第二电压传感器VS2、第三电压传感器VS3、第一电压控制器Hv1、第二电压控制器Hv2、电流控制器Hc1、高通滤波器Ghp1、高通滤波器Ghp2、低通滤波器Glp1、滤波器Gf;(2)定义功率变换器级联系统控制程序中控制变量和中间变量,其中第一控制变量ibr1、第二控制变量ibr2、第三控制变量δd、第四控制变量uc2、第五控制变量uc4以及第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号

【技术特征摘要】
1.一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法,其特征在于,包括:(1)规定功率变换器级联系统的电路拓扑结构及控制系统中电子元件名称和对应表示符号为:第一电压传感器VS1、第二电压传感器VS2、第三电压传感器VS3、第一电压控制器Hv1、第二电压控制器Hv2、电流控制器Hc1、高通滤波器Ghp1、高通滤波器Ghp2、低通滤波器Glp1、滤波器Gf;(2)定义功率变换器级联系统控制程序中控制变量和中间变量,其中第一控制变量ibr1、第二控制变量ibr2、第三控制变量δd、第四控制变量uc2、第五控制变量uc4以及第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号为控制变量;LC支路电容Cb两端的实际电压ub、直流母线电压值udc、由高通滤波器Ghp1所得结果ue2、直流母线电压低通分量ulf1、高通滤波器Ghp1的转折频率ωp1、LC支路实际电流值ib、最终的移相全桥变换器桥臂占空比调制信号uc1、移相全桥变换器桥臂占空比d、移相全桥变换器的输出电压给定值uor、移相全桥变换器的输出电压uo、由滤波器Gf所得结果ue4、直流母线电压低通分量ulf2和高通滤波器Ghp2的转折频率ωp2为中间变量;另外,Cb为LC支路电容、ubr为LC支路电容Cb的给定电压值、比例系数Cv1为第一部分等效电容容量值、比例系数Cv2为第二部分等效电容容量值、Vm为锯齿载波或三角载波的幅值、R为直流负载电流对应的等效电阻以及N为变压器副边对原边的匝数比;(3)通过功率变换器级联系统上电初始阶段软件和硬件初始化,将以下控制变量以及中间变量设置为零初值,即:ibr1=0,δd=0,uc1=0,ue2=0,ibr2=0,ue2=0,ulf1=0,uc2=0,ue4=0,ulf2=0,uc4=0,(4)通过将LC支路电容Cb的给定的电压值ubr与第一电压传感器VS1采样得到实际的Cb两端电压值ub之差ubr-ub送入第一电压控制器Hv1进行运算,产生第一控制信号ibr1;(5)通过将第二电压传感器VS2采样得到直流母线电压值udc经过一个在需补偿频段具有微分特性的高通滤波器Ghp1后,得到结果ue2;该结果ue2同时乘以比例系数Cv1、通过低通滤波器Glp1获得的直流母线电压低通分量ulf1和高通滤波器Ghp1的转折频率ωp1,得到的乘积结果除以LC支路电容Cb的实际电压ub后获得第二控制信号ibr2;(6)通过将第一控制信号ibr1和第二控制信号ibr2叠加形成的ibr1+ibr2设置为最终的LC支路电流控制器给定值,将该值与LC支路实际电流值ib之差ibr1+ibr2-ib送入电流控制器Hc1进行运算,产生第三控制信号δd;将第三控制信号δd与0.5Vm相叠加,获得最终的移相全桥变换器桥臂占空比调制信号uc1;该占空...

【专利技术属性】
技术研发人员:游江樊志鹏范巍岩刘洪胜程连斌
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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