基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法技术

本发明专利技术提出的一种基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法，在负载频率突变过程中，提出了能量平衡控制方法的控制对象和目标由传统的脉冲上升沿变化量转变为脉冲检测周期的频率变换引起的平均功率的变化，对于脉冲负载的频率变化引起的动态纹波有效抑制。将能量平衡式的差值由传统的零变成了脉冲检测周期的能量误差值，系统的动态性能最优，且在不同的PI参数下该控制方法都能有效的快速实现解耦电容能量补偿，动态时间最短。解决了现有PI控制加电流前馈控制方法以及现有电容电荷平衡控制方法在负载脉冲频率突变后动态性能不是最优的问题。变后动态性能不是最优的问题。变后动态性能不是最优的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法


[0001]本专利技术涉及脉冲负载供电
，主要涉及一种高峰均功率比低频脉冲负载三相交流供电系统的基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，新型雷达广泛装备于机载、舰船和地面装备系统中，雷达收发组件在发射状态时需要远高于其接收状态的功率，使其呈现出很强的脉冲负载特性；负载峰值功率甚至能达到其平均功率的10倍；负载脉冲工作频率低且不固定，通常几Hz至数十Hz，且负载脉冲启停速度快。上述特性使得传统机电控制难以及时响应脉冲负载功率的变化，强脉冲特性对供电系统造成诸如谐波电流污染、电压波动和闪变等一系列问题。
[0003]在新型雷达等脉冲负载工作时，其脉冲频率等工作特性可能会发生变化，传统的PI控制动态性能较差，将影响系统的性能，甚至触发保护使其丧失工作能力。为了改善其动态性能，文献《吴红飞,朱建鑫,陈君雨,李林,华明,邢岩.面向高峰均功率比低频脉冲负载三相交流供电系统的电能综合补偿器[J].中国电机工程学报,2020,40(13):4310
‑
4319.》提出了一种加入脉冲检测和电流前馈的控制方法，它的主要控制思想如下：为了缩短系统动态响应时间，在电流控制环路加入了脉冲检测和电流前馈环节。首先通过脉冲检测判断负载频率是否产生变化，随后进行电流前馈计算。当检测到脉冲频率上升时，在频率突变后第2个脉冲周期初始时刻，将电流前馈值加入到低通滤波器的输入中。当检测到脉冲频率降低时，断开电流控制环节的i
LdH
支路，仅由解耦电容电压环输出作为电流基准，使得电容电压保持在最大值V
Href
，随后在频率突变后第2个脉冲周期初始时刻，将电流前馈值加入到低通滤波器的输入中并恢复i
LdH
支路。该方法能一定程度上缩短脉冲负载频率突变时的动态时间。
[0004]该方法在系统控制中的电压外环加入了电流前馈，一定程度上提升了系统的动态性能。固定的外环PI参数无法满足不同负载脉冲频率突变后系统的动态性能，且PI外环控制会使系统的动态波形存在多次调节过程，从而不能保证负载脉冲频率突变过程中系统的动态性能最优。
[0005]电容电荷平衡控制(Capacitor Charge Balance Control)是一种有效的提高系统负载突变下的动态性能的控制方法，它可以实现动态性能的最优(调节次数最少、调节时间最短、没有超调)，已经成功应用于三端口变换器系统(文件ZL202011543656.X)和电机系统(文件ZL202110256068.6)。然而上述文件中的电容电荷平衡控制的算法对于高峰均功率比低频脉冲负载不再适用，主要体现在：
[0006](1)文献《吴红飞,朱建鑫,陈君雨,李林,华明,邢岩.面向高峰均功率比低频脉冲负载三相交流供电系统的电能综合补偿器[J].中国电机工程学报,2020,40(13):4310
‑
4319.》已对脉冲负载进行了脉动功率和平均功率进行了分离控制，本质上已经可以减少脉冲负载的上升沿和下降沿引起的动态纹波。但是对于脉冲负载的频率变化引起的动态纹波
没能有效抑制。
[0007](2)面向高峰均功率比低频脉冲负载的有效的电容电荷平衡控制(Capacitor Charge Balance Control)必须重新建立控制目标和流程，否则不能实现算法。
[0008](3)文献《吴红飞,朱建鑫,陈君雨,李林,华明,邢岩.面向高峰均功率比低频脉冲负载三相交流供电系统的电能综合补偿器[J].中国电机工程学报,2020,40(13):4310
‑
4319.》中需要至少一个脉冲周期来检测频率变化，这个脉冲周期产生的物理量变化在传统电容电荷平衡控制中并不存在。因此要实现有效的电容电荷平衡控制，必须考虑这一问题。

技术实现思路

[0009]1、专利技术目的
[0010]本专利技术提供了一种基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法，解决了现有脉冲功率补偿控制方法和现有电容电荷平衡控制在负载脉冲频率突变后动态性能不是最优的问题。
[0011]2、技术方案
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0013]一种基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法，基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器系统包括三相交流源、T型三电平AC/DC变换器，内嵌式DC/DC变换器和脉冲负载；所述三相交流源v
sa
、v
sb
和v
sc
分别经过滤波电路L
a
C
a
、L
b
C
b
和L
c
C
c
后和T型桥臂中点相连；每个T型桥臂由四个开关管构成，开关管分别为S
a1
S
a2
S
a3
S
a4
、S
b1
S
b2
S
b3
S
b4
和S
c1
S
c2
S
c3
S
c4
；T型桥臂的三个端口分别与地、VL端口及VH端口相连，VL端口并联输出电容C
o
后与脉冲负载相连，VH端口并联解耦电容C
s
后连接DC/DC变换器再与脉冲负载相连；所述三相交流源接有三相电流传感器，所述T型三电平AC/DC变换器接有电压传感器，所述DC/DC变换器接有电感电流传感器，所述脉冲负载接有负载电流传感器；其特征在于，所述基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法，以负载脉冲频率升高为例，具体步骤如下：
[0014]步骤S1、由脉冲检测环节得到脉冲负载频率突变前后的周期T1、T2和负载平均功率P
o1
、P
o2
，假设脉冲负载在t＝t
a
时刻频率升高，则脉冲检测环节在t＝t
a
+T2时刻检测到负载脉冲频率升高，记录这一时刻为0时刻，并记录这一时刻三相交流源的d轴电流值i
d1
；由VH端口电压峰值检测模块得到t
a
～t
a
+T2时间段VH端口的峰值电压v
Hm
；
[0015]步骤S2、由功率平衡计算系统重新进入稳态后三相交流源的d轴电流值i
d2
；
[0016][0017]其中P
耗
为系统功率损耗，u
d
为三相交流源d轴电压，v
s
为三相交流源相电压有效值。
[0018]步骤S3、在0～t2时间段内，控制三相交流源d轴电流i
d
以k1的变化率线性上升；在t2～t3时间段内，控制三相交流源d轴电流i
d
以...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、记检测到负载脉冲频率升高的时刻为0时刻，获取0时刻三相交流源的d轴电流值i
d1
、脉冲检测周期0～t3内VH端口的峰值电压v
Hm
、突变后重新进入稳态的t1时刻的三相交流源的d轴电流值i
d2
；步骤S2、控制三相交流源d轴电流i
d
在0～t2时间段内以k1的变化率线性上升，在t2～t3时间段内以
‑
k2的变化率线性下降至i
d2
；步骤S3、计算脉冲检测周期的能量误差值，进而求得t1、t2、t3。2.根据权利要求1所述的一种基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器能量平衡控制方法，其特征在于，所述基于负载脉冲周期检测并补偿的三端口变换器包括三相交流源、T型三电平AC/DC变换器，内嵌式DC/DC变换器和脉冲负载；所述三相交流源v
sa
、v
sb
和v
sc
分别经过滤波电路L
a
C
a
、L
b
C
b
和L
c
C
c
后和T型桥臂中点相连；每个T型桥臂由四个开关管构成，开关管分别为S
a1
S
a2
S
a3
S
a4
、S
b1
S
b2
S
b3
S
b4
和S
c1
S
c...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，吴章武，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：