一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统及控制方法，首先采用对称分量法将三相四桥臂逆变器输出的三相不对称电压以及电感电流分解成正序、负序、零序电压、电流分量；其次将提取出的负序和零序分量经过适当的坐标旋转变换，使得负序和零序分量转换为正序坐标系下的负序和零序分量，然后采用基于锁相环的同步旋转坐标变换，使得提取的正序、负序、零序分量变换到dq0旋转坐标下，然后将经过双环PI控制的三序分量进行反Park和反Clark变换，将三序分量进行叠加得到三维空间矢量调制算法的瞬时参考电压。本发明专利技术有效简化了传统双同步旋转坐标系的负序分量的转换算法，减少了调节时间，使得系统更快的趋于稳定。

A three phase four leg inverter control system and control method based on phase locked loop

【技术实现步骤摘要】
一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器控制系统及控制方法
本专利技术属于电网技术控制领域，涉及一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器控制系统及控制方法。
技术介绍
随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展，各种用电设备如电动汽车等对电能质量提出了越来越高的要求，保证三相电压的对称输出是对其最基本的要求。车载UPS，主要用于对车辆上的需要交流供电的设备供电，目的是解决车辆上没有交流市电的问题，使多种设备可用于驾车远行。然而系统中三相不平衡负载带来的三相电压不平衡问题是独立供电系统所面临的主要问题。为了能够有效地改善三相电压不平衡问题，通常采用的方法有：使用带Δ/Yn变压器的三相三桥臂变流器为不平衡负载提供零序电流通路，但其工频变压器体积大、成本高。还有就是采用无变压器型的分裂电容式三相四线制变流器拓扑来控制，但该方法直流电压利用率低，需要较大电容量来减小零序电流带来的影响。三相四桥臂拓扑结构具有电路形式简单、体积小、重量轻、电压利用率高等优点，并且第四桥臂在为中线电流提供通路的同时提高了控制自由度。而针对三相四桥臂结构的调制策略也有很多，如采用三次谐波注入法、电流跟踪控制法、基于αβγ坐标系的三维空间矢量调制法等，这些控制方法在一定程度上都能够有效地解决三相不平衡负载所带来的三相不平衡电压问题，但同时也具有输出的负载电流的谐波含量大、控制参数适应能力差、算法过于复杂等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器控制系统及控制方法。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，包括相序分离模块、直流参考电压计算模块、瞬时参考电压计算模块和脉冲信号产生模块，其中，相序分离模块的输入接三相四桥臂逆变器输出，相序分离模块的输出接直流参考电压计算模块的输入，直流参考电压计算模块的输出接瞬时参考电压计算模块的输入，瞬时参考电压计算模块的输出接脉冲信号产生模块的输入，脉冲信号产生模块的输出接三相四桥臂逆变器的控制输入端。可选的，相序分离模块采用对称分量法把三相四桥臂逆变器输出的三相不对称电压UO分解成正序、负序、零序电压分量U+O、U-O和U0O，以及电感电流IL分解成正序、负序、零序电流分量I+L、I-L和I0L；其中，UO包括A、B、C三相电压UA、UB、UC；IL包括A、B、C三相电感电流iA、iB、iC。可选的，直流参考电压计算模块具体包括正序控制模块、负序控制模块和零序控制模块，其中，正序控制模块包括第一正序控制器，正序电压分量U+O和正序电流分量I+L直接输入第一正序控制器，第一正序控制器采用基于幅值裕度和相角裕度要求的双环电压PI控制算法对分离出来的正序电压分量、正序电流分量进行计算，得到正序参考电压U+dq和正序参考电压锁相角θ；负序控制模块包括负序坐标变换和第二正序控制器，负序电压分量U-O和负序电流分量I-L经过负序坐标变换后得到变换后的正序坐标系下的负序电压分量U+′O和负序电流分量I+′L，U+′O和I+′L分别定义为负序电压分量U-O和负序电流分量I-L经过负序坐标变换后得到变换后的正序坐标系下的负序电压分量和负序电流分量，然后输入第二正序控制器，第二正序控制器采用基于幅值裕度和相角裕度要求的双环电压PI控制算法对U+′O和I+′L进行计算，得到负序参考电压U+′dq和负序参考电压的锁相角θ′；零序控制模块包括零序坐标变换和第三正序控制器，零序电压分量U0O和零序电流分量I0L经过零序坐标变换后得到变换后的零序电压分量U+″O和零序电流分量I+″L，U+″O和I+″L分别定义为零序电压分量U0O和零序电流分量I0L经过零序坐标变换后得到变换后的零序电压分量和零序电流分量，然后输入第三正序控制器，第三正序控制器采用基于幅值裕度和相角裕度要求的双环电压PI控制算法对U+″O和I+″L进行计算，得到零序参考电压U+″dq和零序参考电压锁相角θ″。可选的，瞬时参考电压计算模块包括正序反Park变换、正序反Clark变换、负序坐标反变换、零序坐标反变换和交流参考电压合成模块；其中，正序反Park变换将所得到的正序参考电压U+dq、负序参考电压U+′dq和零序参考电压U+″dq分别进行坐标变换到αβ坐标系下，进而将正序参考电压、负序参考电压和零序参考电压的直流量分别转换为交流量U+αβ、U+′αβ和U+″αβ；然后正序αβ坐标系下的交流量U+αβ、U+′αβ和U+″αβ分别经过正序反Clark变换后，将交流量分别转换为正序静止abc坐标系下的交流量U+*、U+′*和U+″*；交流量U+*直接输入交流参考电压合成模块；交流量U+′*经过负序坐标反变换后得到U-*，然后输入交流参考电压合成模块；交流量U+″*经过零序坐标反变换后得到U0*，然后输入交流参考电压合成模块。可选的，交流参考电压合成模块将得到的三个静止abc坐标下正序的分量做相应变换，其中负序分量对B、C相分量进行互换后叠加到相应的正序A、B、C相，而零序分量仅仅需要对A相分量分别加到正序和负序分量的A、B、C三相分量上面，即可得到三维空间矢量调至算法的瞬时参考电压。可选的，脉冲信号产生模块具体包括3D-SVPWM控制器，3D-SVPWM控制器基于abc静止坐标系和双零开关矢量占空比排列方式的三维空间矢量调制算法，用于根据所述瞬时参考电压的三相电压信号产生控制三相四桥臂逆变器的脉冲信号。本专利技术还提供了一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制方法，包括以下步骤：(1)采用对称分量法将三相四桥臂逆变器输出的三相不对称电压以及电感电流分解成正序、负序、零序电压、电流分量；(2)将分离出来的负序和零序电压、电流分量进行坐标转换到相应的正序分量坐标系下，从而得到三个正序分量，对三个正序分量进行锁相和Clark变换，从而得到dq旋转坐标系下的三对直流分量；(3)将三对dq坐标系下的直流分量进行dq解耦，并对直流分量双环PI控制，将得到的输出分量进行反Park和反Clark变换，最后将三序分量进行叠加，进而得到瞬时参考电压；(4)将上述得到的瞬时参考电压给相应的三维空间矢量调制模块，进而得到三相四桥臂逆变器的驱动信号。进一步的，步骤(1)具体为：假设输出三相不对称电压为UA、UB、UC，电感电流也同理为iA、iB、iC，以输出三相电压来进行推导；由对称分量法的提取公式：其中，Uap、Ubp、Ucp分别表示正序分量的三相电压，即U+O；Uan、Ubn、Ucn分别表示负序分量的三相电压，即U-O；Ua0、Ub0、Uc0分别表示零序分量的三相电压，即U0O；a表示对变量做逆时针120°的旋转变换，a2表示对变量做逆时针240°的旋转变换。进一步的，步骤(2)具体为：保持正序分量不变，对负序分量的B、C相分量进行坐标互换，得到一个变换到正序坐标的负序分量，对零序分量的B、C相分量分别作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，包括相序分离模块、直流参考电压计算模块、瞬时参考电压计算模块和脉冲信号产生模块，其中，相序分离模块的输入接三相四桥臂逆变器输出，相序分离模块的输出接直流参考电压计算模块的输入，直流参考电压计算模块的输出接瞬时参考电压计算模块的输入，瞬时参考电压计算模块的输出接脉冲信号产生模块的输入，脉冲信号产生模块的输出接三相四桥臂逆变器的控制输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，包括相序分离模块、直流参考电压计算模块、瞬时参考电压计算模块和脉冲信号产生模块，其中，相序分离模块的输入接三相四桥臂逆变器输出，相序分离模块的输出接直流参考电压计算模块的输入，直流参考电压计算模块的输出接瞬时参考电压计算模块的输入，瞬时参考电压计算模块的输出接脉冲信号产生模块的输入，脉冲信号产生模块的输出接三相四桥臂逆变器的控制输入端。


2.根据权利要求1所述的一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，相序分离模块采用对称分量法把三相四桥臂逆变器输出的三相不对称电压UO分解成正序、负序、零序电压分量U+O、U-O和U0O，以及电感电流IL分解成正序、负序、零序电流分量I+L、I-L和I0L；其中，UO包括A、B、C三相电压UA、UB、UC；IL包括A、B、C三相电感电流iA、iB、iC。


3.根据权利要求1所述的一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，直流参考电压计算模块具体包括正序控制模块、负序控制模块和零序控制模块，其中，正序控制模块包括第一正序控制器，正序电压分量U+O和正序电流分量I+L直接输入第一正序控制器，第一正序控制器采用基于幅值裕度和相角裕度要求的双环电压PI控制算法对分离出来的正序电压分量、正序电流分量进行计算，得到正序参考电压U+dq和正序参考电压锁相角θ；
负序控制模块包括负序坐标变换和第二正序控制器，负序电压分量U-O和负序电流分量I-L经过负序坐标变换后得到变换后的正序坐标系下的负序电压分量U+′O和负序电流分量I+′L，U+′O和I+′L分别定义为负序电压分量U-O和负序电流分量I-L经过负序坐标变换后得到变换后的正序坐标系下的负序电压分量和负序电流分量，然后输入第二正序控制器，第二正序控制器采用基于幅值裕度和相角裕度要求的双环电压PI控制算法对U+′O和I+′L进行计算，得到负序参考电压U+′dq和负序参考电压的锁相角θ′；
零序控制模块包括零序坐标变换和第三正序控制器，零序电压分量U0O和零序电流分量I0L经过零序坐标变换后得到变换后的零序电压分量U+″O和零序电流分量I+″L，U+″O和I+″L分别定义为零序电压分量U0O和零序电流分量I0L经过零序坐标变换后得到变换后的零序电压分量和零序电流分量，然后输入第三正序控制器，第三正序控制器采用基于幅值裕度和相角裕度要求的双环电压PI控制算法对U+″O和I+″L进行计算，得到零序参考电压U+″dq和零序参考电压锁相角θ″。


4.根据权利要求1所述的一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，瞬时参考电压计算模块包括正序反Park变换、正序反Clark变换、负序坐标反变换、零序坐标反变换和交流参考电压合成模块；其中，正序反Park变换将所得到的正序参考电压U+dq、负序参考电压U+′dq和零序参考电压U+″dq分别进行坐标变换到αβ坐标系下，进而将正序参考电压、负序参考电压和零序参考电压的直流量分别转换为交流量U+αβ、U+′αβ和U+″αβ；然后正序αβ坐标系下的交流量U+αβ、U+′αβ和U+″αβ分别经过正序反Clark变换后，将交流量分别转换为正序静止abc坐标系下的交流量U+*、U+′*和U+″*；交流量U+*直接输入交流参考电压合成模块；交流量U+′*经过负序坐标反变换后得到U-*，然后输入交流参考电压合成模块；交流量U+″*经过零序坐标反变换后得到U0*，然后输入交流参考电压合成模块。


5.根据权利要求1所述的一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，交流参考电压合成模块将得到的三个静止abc坐标下正序的分量做相应变换，其中负序分量对B、C相分量进行互换后叠加到相应的正序A、B、C相，而零序分量仅仅需要对A相分量分别加到正序和负序分量的A、B、C三相分量上面，即可得到三维空间矢量调至算法的瞬时参考电压。


6.根据权利要求1所述的一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制系统，其特征在于，脉冲信号产生模块具体包括3D-SVPWM控制器，3D-SVPWM控制器基于abc静止坐标系和双零开关矢量占空比排列方式的三维空间矢量调制算法，用于根据所述瞬时参考电压的三相电压信号产生控制三相四桥臂逆变器的脉冲信号。


7.一种基于锁相环的分序的三相四桥臂逆变器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用对称分量法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王念春，彭斌，崔熠凡，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32