九开关变换器的直接功率控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供九开关功率变换器直接功率控制系统，该九开关功率变换器直接功率控制系统包括相互连接的九开关功率变换器、上端负载、下端负载、上端电容、上端电容电压检测电路、下端电容、下端电容电压检测电路、AD转换电路、TMS320F2812控制电路和IGBT驱动电路。同时提供一种九开关变换器的直接功率控制系统的控制方法。有益效果是该控制系统可实现九开关变换器的同频和异频控制，将电压传感器的数量从6个减少到2个；该系统不需要电流传感器，节省传统控制方法的6个电流传感器；该方法可降低系统成本，优化系统控制结构，降低了系统体积。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种九开关变换器的直接功率控制系统。
技术介绍
随着功率变换器小型化、高可靠性和低功耗的不断发展，各国学者对功率变换器拓扑结构的改进，及其相应的控制方法做出了大量工作，并取得了大量成果。九开关变换器相对于传统背靠背两电平12开关变换器减少了3个开关器件及其驱动电路，该种拓扑结构在成本和体积上具有一定优势。九开关变换器同时可具备两路三相交流输出，可实现三相交流负载的驱动，其运行模式可分为同频运行和异频运行两种。目前，并未发现关于九开关变换器直接功率控制方法的公开报道。直接功率控制策略已经广泛应用于功率变换器的控制，利用直接功率控制策略可实现不同类型功率变换器的控制，但是不同拓扑结构功率变换器的数学模型不同，直接功率控制策略也有很大不同，比如：传统六开关功率变换器的数学模型与二极管钳位式三电平功率变换器的数学模型有很大不同，两者所涉及的直接功率控制方法也有很大区别，尤其是减少传感器时的控制方法差别更大。也就是说，九开关功率变换器的数学模型较六开关功率变换器的数学模型更为复杂，所以二者的直接功率控制也存在较大差异。此外，传统九开关功率变换器的控制需检测两交流端的电压和电流信号，供需6个电压传感器和6个电流传感器，传感器数量较多，成本较高。
技术实现思路
本技术针对九开关功率变换器开关函数数学模型的结构，提供了一种九开关变换器的直接功率控制系统，该结构同时适用于九开关功率变换器
的同频和异频工作模式直接功率控制，该方法仅采用2个电压传感器便可实现九开关功率变换器的直接功率控制，降低了系统成本。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是提供九开关功率变换器直接功率控制系统，其中：该九开关功率变换器直接功率控制系统包括九开关功率变换器、上端负载、下端负载、上端电容、上端电容电压检测电路、下端电容、下端电容电压检测电路、AD转换电路、TMS320F2812控制电路和IGBT驱动电路；连接方式为：上端电容的一端与直流母线电压的正极相连，另一端与下端电容电压检测电路的参考点相连，下端电容的一端与下端电容电压检测电路的参考点相连，另一端与直流母线电压的负极相连；上端电容电压检测电路的输入与上端电容的两端相连，其输出连接到AD转换电路的输入端；下端电容电压检测电路的输入与下端电容的两端相连，其输出连接到AD转换电路的输入端；AD转换电路的输出uc1和uc2连接到TMS320F2812控制电路的输入端；TMS320F2812控制电路的输出连接到IGBT驱动电路的输入端；IGBT驱动电路的输出端连接到九开关功率变换器的开关器件的控制信号输入端。本技术的效果是该控制系统可实现九开关变换器的同频和异频控制。与传统九开关变换器控制系统相比，将电压传感器的数量从6个减少到2个；更显著的是，该系统不需要电流传感器，而传统结构需要6个电流传感器；该结构可降低系统成本，优化系统控制结构，降低了系统体积。附图说明图1为本技术的基于两电压检测电路的九开关功率变换器直接功率控制系统结构；图2为本技术的iα1观测电路；图3为本技术的iβ1观测电路；图4为本技术的iα2观测电路；图5为本技术的iβ2观测电路；图6为本技术的上交流端直接功率控制单元；图7为本技术的下交流端直接功率控制单元。图中：1、九开关功率变换器 2、桥臂Ⅰ 3、桥臂Ⅱ 4、桥臂Ⅲ 5、上端电容电话检测电路 6、下端电容电压检测电路 7、上端电容 8、下端电容 9、上交流端 10、下交流端 11、三相坐标系到两相静止坐标系变换 12、电流观测器 13、iα1观测电路Ⅰ 14、iβ1观测电路Ⅱ 15、iα2观测电路Ⅲ 16、iβ2观测电路Ⅳ 17、直接功率控制 18、上交流端直接功率控制单元 19、下交流端直接功率控制单元 20、SVPWM调制 21、TMS320F2812 22、IGBT驱动 23、AD转换电路具体实施方式结合附图对本技术的九开关变换器的直接功率控制系统加以说明。如图1所示，本技术的九开关功率变换器直接功率控制系统结构中仅包含两个电容电压检测电路，并不含有任何的电流检测电路，包括九开关功率变换器1、上端负载9、下端负载10、上端电容7、上端电容电压检测电路5、下端电容8、下端电容电压检测电路6、AD转换电路23、TMS320F2812控制电路21和IGBT驱动电路22；其连接方式如下：上端电容7的一端与直流母线电压的正极相连，另一端与参考点相连；下端电容8的一端与参考点相连，另一端与直流母线电压的负极相连；上端电容电压检测电路5的输入与上端电容7的两端相连，其输出连接到AD转换器23的输入端；下端电压检测电路6的输入与下端电容8的两端相连，其输出连接到AD转换器23的输入端；AD转换器23的输出uc1和uc2连接到TMS320F2812控制电路21的输入端；TMS320F2812控制电路21的输出连接到IGBT驱动电路22的输入端；IGBT驱动电路22的输出端连接到
九开关变换器开关器件的控制信号输入端。所述TMS320F2812控制电路21是市售DSP芯片，所述IGBT驱动电路22是市售FP40R12KT3型号的IGBT驱动模块。本技术的九开关功率变换器直接功率控制系统的控制步骤为：Step1：首先根据上端负载9和下端负载10的运行模式，初始化九开关功率变换器1中开关器件的初始状态，并得到初始电压矢量。Step2：通过上端电容电压检测电路5和下端电容电压检测电路6进行上端电容7电压和下端电容8电压的采样。Step3：将采样电压经AD转换电路23送入TMS320F2812控制电路21进行处理，得到上端电容7电压和下端电容8电压，分别为uc1和uc2。Step4：将九开关功率变换器1中开关器件ISAH、开关器件II SAM、开关器件III SAL、开关器件IV SBH、开关器件V SBM、开关器件VI SBL、开关器件VII SCH、开关器件VIII SCM和开关器件ⅨSCL的工作状态进行定义：开关器件I SAH、开关器件II SAM、开关器件III SAL、开关器件IV SBH、开关器件V SBM、开关器件VI SBL、开关器件VII SCH、开关器件VIII SCM和开关器件ⅨSCL闭合时为“1”，断开时为“0”；针对开关器件ISAH、开关器件II SAM、开关器件III SAL、开关器件IV SBH、开关器件V SBM、开关器件VI SBL、开关器件VII SCH、开关器件VIII SCM和开关器件ⅨSCL的工作状态，将开关器件ISAH、开关器件II SAM、开关器件III SAL、开关器件IV SBH、开关器件V SBM、开关器件VI SBL、开关器件VII SCH、开关器件VIII SCM和开关器件ⅨSCL经TMS320F2812控制电路(21)中三相坐标系到两相静止坐标系变换11，得到两相静止坐标系下开关状态ISαH、两相静止坐标系下开关状态IISαM、两相静止坐标系下开关状态IIISαL、两相静止坐标系下开关状态IVSβH、两相静止坐标系下开关状态VSβM和两相静止坐标系下开关状态VISβL；Step5：将上端电容电压uc1、下端电容电压uc2、两相静止坐标系下开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种九开关功率变换器直接功率控制系统，其特征是：该九开关功率变换器直接功率控制系统包括九开关功率变换器(1)、上端负载(9)、下端负载(10)、上端电容(7)、上端电容电压检测电路(5)、下端电容(8)、下端电容电压检测电路(6)、AD转换电路(23)、TMS320F2812控制电路(21)和22‑IGBT驱动电路；连接方式为：上端电容(7)的一端与直流母线电压的正极相连，另一端与下端电容电压检测电路(6)的参考点相连，下端电容(8)的一端与下端电容电压检测电路(6)的参考点相连，另一端与直流母线电压的负极相连；上端电容电压检测电路(5)的输入与上端电容(7)的两端相连，其输出连接到AD转换电路(23)的输入端；下端电容电压检测电路(6)的输入与下端电容(8)的两端相连，其输出连接到AD转换电路(23)的输入端；AD转换电路(23)的输出uc1和uc2连接到TMS320F2812控制电路(21)的输入端；TMS320F2812控制电路(21)的输出连接到IGBT驱动电路(22)的输入端；IGBT驱动电路(22)的输出端连接到九开关功率变换器(1)的开关器件的控制信号输入端。

【技术特征摘要】
1.一种九开关功率变换器直接功率控制系统，其特征是：该九开关功率变换器直接功率控制系统包括九开关功率变换器(1)、上端负载(9)、下端负载(10)、上端电容(7)、上端电容电压检测电路(5)、下端电容(8)、下端电容电压检测电路(6)、AD转换电路(23)、TMS320F2812控制电路(21)和22-IGBT驱动电路；连接方式为：上端电容(7)的一端与直流母线电压的正极相连，另一端与下端电容电压检测电路(6)的参考点相连，下端电容(8)的一端与下端电容电压检测电路(6)的参考点相连，另一端与直流母线电压的负极相连；上端电容电压检测电路(5)的输入与上端电容(7)的两端相连，其输出连接到AD转换电路(23)的输入端；下端电...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘雷，王贝贝，李梅，彭桂力，梁茵，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：新型
国别省市：天津;12