一种用于多磁路变压器输出的单相逆变器控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于断路器分断能力测试的交流输出回路控制方法。交流输出回路由超级电容器、单相逆变器和多磁路变压器组成。考虑到变压器漏感等因素对电流控制产生影响，因此采用多磁路变压器原边电流模型预测控制和副边电流PI有效值控制相结合的双闭环控制方法，利用状态观测器对系统误差进行观测并补偿到模型预测控制中，为使模型预测控制的控制效果好，应用在线参数辨识的方法建立更加精确的系统模型，并利用死区时间补偿的方法降低系统谐波。该控制方法输出电流稳定，电流谐波小，为实现单相逆变器交流输出提供了重要手段。实现单相逆变器交流输出提供了重要手段。实现单相逆变器交流输出提供了重要手段。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多磁路变压器输出的单相逆变器控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及单相逆变器控制
，具体涉及一种用于多磁路变压器输出的单相逆变器控制系统及方法。

技术介绍

[0002]单相逆变器常用的控制方式包括电压型控制和电流型控制。电压型控制通过控制输出电压来间接控制输出电流，这种控制方法为开环控制，优点在于无需电流反馈，控制结构简单同时控制效果也较为稳定但由于没有电流反馈环节，能量损耗也较为严重。电流型控制包括PI控制、重复控制、模糊控制、滑模变结构控制、比例谐振控制和模型预测控制等。PI控制结构简单、控制稳定，但其无法实现对交流量的无静差控制同时无法解决快速性和稳定性之间的矛盾。模型预测控制响应快速但对系统模型要求精度高，其控制效果受系统参数变化影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种原边模型预测控制和副边PI有效值控制相结合的双闭环单相逆变器控制方法。
[0004]本专利技术旨在提供一种用于断路器分断能力测试的交流输出回路控制方法，所述交流输出回路包括超级电容器、三个单相逆变单元、多磁路变压器、压短路保护装置和断路器试件，所述交流输出回路控制方法包括以下步骤：
[0005]建立单相逆变器系统的连续模型，获取最优电压矢量，通过SVPWM调制得到控制IGBT动作的开关信号；
[0006]通过系统损耗因素对系统控制影响，建立单相逆变器系统的真实模型，并结合扩张状态观测器设计的线性时变的观测器获取系统误差；
[0007]采用在线参数辨识实时对控制模型的阻抗进行修改，达到更优越的控制效果。
[0008]更进一步地，所述单相逆变器系统的连续模型为：
[0009][0010]其中，R表示交流输出回路的电阻，L表示交流输出回路的电感，i
t
表示逆变器输出电流，u
t
表示逆变器输出电压；
[0011]所述单相逆变器系统的真实模型为：
[0012][0013]其中，d表示系统误差。
[0014]更进一步地，对于系统的真实模型采用中心差分得到的系统的离散模型为：
[0015][0016]其中，i
t
(k+1)是下一时刻逆变器输出电流，i
t
(k)是当前时刻逆变器输出电流，i
t
(k
‑
1)是上一时刻逆变器输出电流，T
S
是逆变器控制周期。
[0017]采用无差拍控制令i
t
(ref)＝i
t
(k+1)，其中，i
t
(ref)为给定的逆变器输出电流，则可得最优电压矢量为：
[0018][0019]其中，u
′
t
是最优电压矢量。
[0020]更进一步地，令u
t
＝u以及d＝x2，所述单相逆变器系统的真实模型可表示为如下形式：
[0021][0022]其中，a＝R，b＝1。
[0023]更进一步地，所述单相逆变器系统的真实模型与所述观测器结合为：
[0024][0025]其中，z2表示观测的误差，β1表示第一计算常数，β1＝2ω
‑
R；e1＝z1‑
x1表示电流观测值和实际值的误差，β2表示第二计算常数，β2＝ω2；ω表示所选择的扩张状态观测器的带宽；
[0026]由所述扩张状态观测器的收敛性，所述观测的误差z2即为系统误差d。
[0027]更进一步地，所述在线参数辨识基于采样得到的逆变器输出电压、逆变器输出电流、多磁路变压器副边电流得到系统阻抗和多磁路变压器的变比。
[0028]更进一步地，所述逆变器输出电压和逆变器输出电流进行一般性假设：
[0029][0030]其中，u
t
表示逆变器输出电压，i
t
表示逆变器输出电流，U表示交流分量的电压幅值，I表示交流分量的电流幅值，ω为角频率，表示电压的初始相位角，表示电流的初始相位角。
[0031]更进一步地，所述逆变器输出电压和逆变器输出电流分别乘以sinωt和cosωt得到电压的q轴分量u
tq
、电压的d轴分量u
td
、电流的q轴分量i
tq
和电流的d轴分量i
td
：
[0032][0033]其中，u
tq
、u
td
、i
tq
和i
td
分别包含一个直流分量和以及一个二倍频的交流分量，将所述u
tq
、u
td
、i
tq
和i
td
输入低通滤波器即可得到相应的直流分量。
[0034]更进一步地，根据所述直流分量得到系统的阻抗，所述系统的阻抗为：
[0035][0036]根据所述系统的阻抗动态调整系统模型的阻抗，使控制效果更加精确。
[0037]更进一步地，所述交流输出回路控制方法还包括以下步骤：
[0038]基于单相逆变单元IGBT的导通压降、二极管的管压降、IGBT的导通延迟和关断延迟、死区时间、直流母线电压和控制周期计算误差电压，再将误差电压补偿到逆变器输出电压中：
[0039][0040]其中，u
ce
表示IGBT的导通压降，u
df
表示二极管的管压降，t
on
、t
off
和t
dead
分别表示IGBT的导通延迟、关断延迟和死区时间，u
dc
表示直流母线电压，T
S
表示逆变器控制周期，Δu表示误差电压。
[0041]本专利技术的有益效果包括：
[0042]本专利技术采用原边模型预测控制和副边PI有效值控制相结合的双闭环控制策略，同时发挥了模型预测控制的快速性和PI控制的稳定性的优点，使系统具有输出波形稳定，输出谐波小，动态响应快速，同时抗干扰能力强等优点。
[0043]本专利技术采用状态观测器来观测系统误差，主动考虑了系统损耗产生的误差对系统控制的影响。
[0044]本专利技术采用在线参数辨识的方法实时检测系统阻抗的变化，建立更加精确的系统模型，使系统的控制更加稳定。
[0045]本专利技术采用死区时间补偿使实际输出电压和给定输出电压之间误差更小，减小系统的谐波，使系统的控制更加精确。
附图说明
[0046]图1是本专利技术实施例提供的一种用于断路器分断能力测试的交流输出回路的电路
拓扑示意图；
[0047]图2是本专利技术实施例提供的一种用于断路器分断能力测试的交流输出回路控制方法中参数匹配时副边电流输出有效值示意图；
[0048]图3是本专利技术实施例提供的一种用于断路器分断能力测试的交流输出回路控制方法中参数不匹配时副边电流输出有效值示意图；
[0049]图4是本专利技术实施例提供的一种用于断路器分断能力测试的交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于断路器分断能力测试的交流输出回路控制方法，所述交流输出回路包括超级电容器、三个单相逆变单元、多磁路变压器、压短路保护装置和断路器试件，其特征在于，所述交流输出回路控制方法包括以下步骤：建立单相逆变器系统的连续模型，获取最优电压矢量，通过SVPWM调制得到控制IGBT动作的开关信号；通过系统损耗因素对系统控制影响，建立单相逆变器系统的真实模型，并结合扩张状态观测器设计的线性时变的观测器获取系统误差；采用在线参数辨识实时对控制模型的阻抗进行修改，达到更优越的控制效果。2.根据权利要求1所述交流输出回路控制方法，其特征在于，所述单相逆变器系统的连续模型为：其中，R表示交流输出回路的电阻，L表示交流输出回路的电感，i
t
表示逆变器输出电流，u
t
表示逆变器输出电压；所述单相逆变器系统的真实模型为：其中，d表示系统误差。3.根据权利要求2所述交流输出回路控制方法，其特征在于，对于系统的真实模型采用中心差分得到的系统的离散模型为：其中，i
t
(k+1)是下一时刻逆变器输出电流，i
t
(k)是当前时刻逆变器输出电流，i
t
(k
‑
1)是上一时刻逆变器输出电流，T
S
是逆变器控制周期。采用无差拍控制令i
t
(ref)＝i
t
(k+1)，其中，i
t
(ref)为给定的逆变器输出电流，则可得最优电压矢量为：其中，u
′
t
是最优电压矢量。4.根据权利要求2所述交流输出回路控制方法，其特征在于，令u
t
＝u以及d＝x2，所述单相逆变器系统的真实模型可表示为如下形式：其中，a＝R，b＝1。5.根据权利要求4所述交流输出回路控制方法，其特征在于，所述单相逆变器系统的真实模型与所述观测器结合为：
其中，z2表示观测的误差，β1表示第一计算常数，β1＝2ω
‑
R；e1＝z1‑
x1表示电流观测值和实际值的误差，β2表示第二计算常数，β2＝ω2；ω表示所选择的扩张状态观测器的带宽；由所述扩张状态观测器的收敛性，所述观测的误差z2即为系统误差d。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳晖，方芸，刘泽颖，佃仁俊，魏华，耿攀，吴大立，姜波，彭新，刘尚伟，许磊，柳明，雷阳，杨辉，林莉，张高明，丁鹏，杜红彪，刘婷，屈建平，朱星球，孟畅，
申请(专利权)人：武汉海王科技有限公司，
类型：发明
国别省市：