一种UPS系统中逆变器的容错控制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种UPS系统中逆变器的容错控制装置及其控制方法，其中，所述装置包括：Park变换模块、Clark变换模块、电压预测模块、PLL锁相环模块、电压补偿模块、价值函数模块、母线电容电压偏移计算模块、三相四开关逆变器模块、负载模块；其中，三相四开关逆变器模块输出端依次与电压预测模块和负载模块相连接，Clark变换模块一端与Park变换模块，一端与电压预测模块；Park变换模块分别与PLL锁相环模块和价值函数模块相连接；电压补偿模块分别与母线电容电压偏移计算模块和价值函数模块相连接；价值函数模块的输出端与三相四开关逆变器模块相连接。在本发明专利技术实施中，对UPS系统精度要求不高，建模方便，提高了UPS系统的动态特性和可靠性。

A fault-tolerant control device and control method of inverter in UPS system

【技术实现步骤摘要】
一种UPS系统中逆变器的容错控制装置及其控制方法
本专利技术涉及逆变控制
，尤其涉及一种UPS系统中逆变器的容错控制装置及其控制方法。
技术介绍
逆变器是UPS中的核心部分，为实现逆变器开关器件故障后容错运行，提高系统的可靠性以及运行时间和效率，容错性逆变器的研究越来越受到重视；许多不同的逆变器容错方法已被提出，其中将三相六开关逆变器切换为三相四开关逆变器的容错方案由于具有易操作，结构简单和低成本等特点，可对单相开路或短路故障进行容错，逐渐成为逆变器容错研究的热点。现代工业都具有非线性、不确定性和时变的特点，传统的控制技术难以得到良好的控制效果；近年来从工业生产实践中兴起了一种新型控制技术，即模型预测控制；模型预测控制是一种智能控制算法，具有滚动优化、在线反馈校正的特性，是一种能够较好抑制参数变化和不确定性扰动的控制策略；与其他控制技术相比，模型预测控制具有对模型的精度要求不高、建模方便、系统鲁棒性及稳定性好、动态性能好等特点，因此，越来越成为各领域学者研究的热点；在三相四开关逆变器控制中，由于电容电压的不均衡现象导致系统的控制性能降低，如何改善电容电压不平衡带来的不利影响成了四开关逆变器控制需要解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种UPS系统中逆变器的容错控制装置及其控制方法，对UPS系统精度要求不高，建模方便，提高了UPS系统的动态特性和可靠性。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种UPS系统中逆变器的容错控制装置，所述装置包括：Park变换模块、Clark变换模块、电压预测模块、PLL锁相环模块、电压补偿模块、价值函数模块、母线电容电压偏移计算模块、三相四开关逆变器模块、负载模块；其中，所述三相四开关逆变器模块输出端依次与所述电压预测模块和所述负载模块相连接，所述Clark变换模块一端与所述Park变换模块，一端与所述电压预测模块；所述Park变换模块分别与所述PLL锁相环模块和所述价值函数模块相连接；所述电压补偿模块分别与所述母线电容电压偏移计算模块和所述价值函数模块相连接；所述价值函数模块的输出端与所述三相四开关逆变器模块相连接。可选的，所述容错控制装置还包括空心电感线圈；所述空心电感线圈设置在所述三相四开关逆变器模块与所述负载模块之间；所述三相四开关逆变器模块的输出端在未与所述空心电感线圈连接前与所述电压预测模块相连接；所述空心电感线圈输出端通过电容器与所述电压预测模块相连接；以及所述空点电感线圈输出端与所述电压预测模块相连接。可选的，所述电压预测模块用于将输入的电压和电流转化为自然坐标系下的电压预测模型和电流预测模型输入至所述Clark变换模块；所述电压预测模型和所述电流预测模型经过所述Clark变换模块得到α-β坐标系下k+1时刻的电压离散方程，并同时与所述PLL锁相环模块得到α轴与d轴之间的角度差θ输入所述Park变换模块；通过所述Park变换模块得到d-q坐标系下k+1时刻的电压离散方程；以及以k+1时刻的电压矢量为控制量，建立参考电压矢量和k+1时刻电压矢量差值形式的价值函数；将k+1时刻的d-q轴预测电压与d-q轴电压参考值经过价值函数模块得到最优电压矢量所对应的开关状态并输入所述三相四开关逆变器模块。可选的，所述母线电容电压偏移计算模块用于根据采用直流母线上下电容电压值获得电容电压偏差值的预测模型，并将k+1时刻的电容电压偏差值输入所述价值函数模块的价值函数中。可选的，一种UPS系统中逆变器的容错控制方法，所述方法包括：采用三相四开关逆变器的滤波电流、输出电流和输出电压，并通过Clark变换模块获得α-β坐标系下k+1时刻的电压和电流离散方程；将三相电流通过PLL锁相环模块得到α轴与d轴之间的角度差θ，通过Park变换模块得到d-q坐标系下k+1时刻的电压离散方程；以k+1时刻的电压矢量为控制量，建立参考电压矢量和k+1时刻电压矢量差值最小的价值函数；采样资料模型上下电容电压值，根据三相四开关逆变器模块拓扑建立直流母线电容的电流方程，通过前向差分放对其进行离散化，获得电容电压偏差值的预测模型；将k+1时刻的电容电压偏差值加入到上述建立的价值函数中，得到一个包含电容电压偏差预测的更新价值函数；通过更新价值函数的最优电压矢量以及电容电压偏差最小所对应的开关状态并应用到下一采样时刻，实现对逆变器包含电容电压补偿的容错控制。可选的，所述采用三相四开关逆变器的滤波电流、输出电流和输出电压，并通过Clark变换模块获得α-β坐标系下k+1时刻的电压和电流离散方程，包括：建立三相四开关逆变器交流测相电压与开关函数的关系；基于所述关系进行Clark变换模块的变换得到α-β坐标系下的电压；建立系统在连续域的数学模型；对所述数学模型进行离散化以及通过Clark变换模块变换处理，得到α-β坐标系下k+1时刻的电压和电流离散方程。可选的，所述采样资料模型上下电容电压值，根据三相四开关逆变器模块拓扑建立直流母线电容的电流方程，通过前向差分放对其进行离散化，获得电容电压偏差值的预测模型，包括：建立直流母线电流方程和指令模型电容电流方程；基于直流母线电流方程和指令模型电容电流方程进行结合，获取结合方程；基于前向差分法对所述结合方程进行离散化处理，获取电容电压偏差值的预测模型。在本专利技术实施例中，本专利技术对UPS系统中的逆变器采用基于模型预测的容错控制，并考虑对母线电容的电压补偿，减小了直流侧母线电容电压偏移对系统性能的影响；以d-q坐标系下的电压为控制目标，与普通的控制方法相比，易操作，对系统精度要求不高，建模方便，提高了系统的动态特性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例中的UPS系统中逆变器的容错控制装置的结构组成示意图；图2是本专利技术实施例中的故障的逆变器容错拓扑结构示意图；图3是本专利技术实施例中的UPS系统中逆变器的容错控制方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例请参阅图1和图2，图1是本专利技术实施例中的UPS系统中逆变器的容错控制装置的结构组成示意图；图2是本专利技术实施例中的故障的逆变器容错拓扑结构示意图。如图1和图2所示，一种UPS系统中逆变器的容错控制装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UPS系统中逆变器的容错控制装置，其特征在于，所述装置包括：Park变换模块、Clark变换模块、电压预测模块、PLL锁相环模块、电压补偿模块、价值函数模块、母线电容电压偏移计算模块、三相四开关逆变器模块、负载模块；其中，/n所述三相四开关逆变器模块输出端依次与所述电压预测模块和所述负载模块相连接，所述Clark变换模块一端与所述Park变换模块，一端与所述电压预测模块；所述Park变换模块分别与所述PLL锁相环模块和所述价值函数模块相连接；所述电压补偿模块分别与所述母线电容电压偏移计算模块和所述价值函数模块相连接；所述价值函数模块的输出端与所述三相四开关逆变器模块相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种UPS系统中逆变器的容错控制装置，其特征在于，所述装置包括：Park变换模块、Clark变换模块、电压预测模块、PLL锁相环模块、电压补偿模块、价值函数模块、母线电容电压偏移计算模块、三相四开关逆变器模块、负载模块；其中，
所述三相四开关逆变器模块输出端依次与所述电压预测模块和所述负载模块相连接，所述Clark变换模块一端与所述Park变换模块，一端与所述电压预测模块；所述Park变换模块分别与所述PLL锁相环模块和所述价值函数模块相连接；所述电压补偿模块分别与所述母线电容电压偏移计算模块和所述价值函数模块相连接；所述价值函数模块的输出端与所述三相四开关逆变器模块相连接。


2.根据权利要求1所述的UPS系统中逆变器的容错控制装置，其特征在于，所述容错控制装置还包括空心电感线圈；
所述空心电感线圈设置在所述三相四开关逆变器模块与所述负载模块之间；所述三相四开关逆变器模块的输出端在未与所述空心电感线圈连接前与所述电压预测模块相连接；所述空心电感线圈输出端通过电容器与所述电压预测模块相连接；以及所述空点电感线圈输出端与所述电压预测模块相连接。


3.根据权利要求1所述的UPS系统中逆变器的容错控制装置，其特征在于，所述电压预测模块用于将输入的电压和电流转化为自然坐标系下的电压预测模型和电流预测模型输入至所述Clark变换模块；
所述电压预测模型和所述电流预测模型经过所述Clark变换模块得到α-β坐标系下k+1时刻的电压离散方程，并同时与所述PLL锁相环模块得到α轴与d轴之间的角度差θ输入所述Park变换模块；
通过所述Park变换模块得到d-q坐标系下k+1时刻的电压离散方程；
以及以k+1时刻的电压矢量为控制量，建立参考电压矢量和k+1时刻电压矢量差值形式的价值函数；
将k+1时刻的d-q轴预测电压与d-q轴电压参考值经过价值函数模块得到最优电压矢量所对应的开关状态并输入所述三相四开关逆变器模块。


4.根据权利要求3所述的UPS系统中逆变器的容错控制装置，其特征在于，所述母线电容电压偏移计算模块用于根据采用直流母线上下电容电压值获得电容电压偏差值的预测模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江伟，鲍海波，李绍坚，黄翰民，杨鹏，王愚，李宇烨，雷文东，钟志东，王成成，刘文韬，王清成，石瑞才，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司南宁供电局，
类型：发明
国别省市：广西;45