三電平滯環電流跟蹤逆變器及其控制方法

2023-06-15 01:48:46 1

專利名稱：三電平滯環電流跟蹤逆變器及其控制方法
技術領域：
本發明屬於併網逆變器技術領域，尤其涉及一種三電平滯環電流跟蹤逆變器及其控制方法。
背景技術：
逆變器的輸出電流控制方法有線性PWM控制、單周控制、滯環電流跟蹤控制等多種，其中滯環電流跟蹤控制方法具有電流跟蹤速度快、魯棒性好、結構簡單等優點，在對電流跟蹤速度要求較高的場合常被選用。但是，滯環電流跟蹤控制方法通常僅適用於兩電平逆變器。隨著功率電子技術的發展和三電平IGBT功率模塊的出現，三電平逆變器得到日益廣泛的重視和應用。與兩電平逆變器相比，三電平逆變器具有輸出紋波電流小、效率高、適用於更高系統電壓等優點。三電平逆變橋的輸出有正電平、零電平和負電平三種狀態，常規的二態滯環跟蹤控制方法不能適用。有關研究文獻中提出了幾種三態滯環跟蹤控制方法，其中一類是將輸出電壓的極性作為附加判定條件構建三態輸出驅動信號，由於原理上存在缺陷，不能準確判知實現正確跟蹤所需輸出狀態，容易發生跟蹤失敗問題；第二類三態滯環電流跟蹤控制方法中，除滯環跟蹤誤差帶上下限外，還需要在誤差帶內增加新的比較電平，並增加三電平逆變橋中半導體功率器件開關次數，從而導致功率器件開關應力及損耗增力口、電磁幹擾增加；第三類三態滯環電流跟蹤控制方法則是通過引進由時鐘脈衝控制的時序電路，與滯環比較器結合完成三態控制，存在跟蹤滯後，實時性變差的問題。公知的三電平逆變器滯環電流跟蹤控制方法，由於存在各種缺陷，使得滯環跟蹤控制方法的優勢在三電平逆變器中難以得到充分發揮。

發明內容
本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種能夠充分發揮滯環跟蹤控制方法優勢的三電平滯環電流跟蹤逆變器及其控制方法。為實現此目的， 本發明採用如下技術方案:一種三電平滯環電流跟蹤逆變器，它包括三電平逆變橋，三電平逆變橋的輸出端串聯電感器後作為三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端；電流採集裝置和電壓採集裝置至少採集三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端中一相的電流瞬時值以及該相輸出端與三電平逆變橋的零電平支撐點Z間的電壓瞬時值，並將它們送入相應的電壓檢測單元和電流檢測單元；電壓檢測單元將檢測到的電壓信號送入相應的驅動控制單元；電流檢測單元將檢測到的電流信號送入相應的滯環比較單元，滯環比較單元的輸出信號送入所述的驅動控制單元；三相指令電流信號中的至少一相分別送入所述驅動控制單元和滯環比較單元；所述驅動控制單元與相應的驅動單元連接，驅動單元輸出驅動信號送入三電平逆變橋的對應驅動信號輸入端，從而使三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出電流準確跟蹤指令電流的變化。所述三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端為三相輸出u、v、w ;電壓採集裝置和電流採集裝置分別採集三相輸出端U、V、W分別與三電平逆變橋的零電平支撐點Z間的電壓瞬時值和三相輸出電流瞬時值信號，並將它們送入相應的三個電壓檢測單元和一個電流檢測單元；各電壓檢測單元將檢測的電壓信號送入相應的三個驅動控制單元；電流檢測單元將檢測到的電流信號送入相應的三個滯環比較單元，三個滯環比較單元的輸出信號送入所述的三個驅動控制單元；三相指令電流信號 ，ib G則分別送入三個驅動控制單元和三個滯環比較單元;三個驅動控制單元分別與相應的驅動單元連接，各驅動單元輸出的驅動信號送入三電平逆變橋的對應驅動信號輸入端，從而使三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出電流準確跟蹤指令電流的變化。所述驅動控制單元的結構為:第一 RS觸發器的Q端作為所述驅動控制單元的⑤端，其R端作為所述驅動控制單元的①端，其S端接第一與門的輸出端；第二 RS觸發器的Q端作為所述驅動控制單元的⑥端，其R端作為所述驅動控制單元的②端，其S端接第二與門的輸出端；第一與門的一 個輸入端也作為所述驅動控制單元的②端，另一輸入端接第一比較器的輸出端；第二與門的一個輸入端也作為所述驅動控制單元的①端，另一輸入端接非門的輸出端，非門的輸入端接第一比較器的輸出端；第一比較器的同相輸入端接微分運算單元的輸出端，其反相輸入端接比例運算單兀的輸出端；微分運算單元的輸入端作為所述驅動控制單元的③端；比例運算單元的輸入端作為所述驅動控制單元的④端。所述滯環比較單元結構為:第二比較器的輸出端作為所述滯環比較單元的③端，其同相輸入端作為所述滯環比較單元的②端，其反相輸入端接第一加法運算單元的輸出端；第三比較器的輸出端作為所述滯環比較單元的④端，其同相輸入端接第二加法運算單元的輸出端，其反相輸入端也作為所述滯環比較單元的②端；第一加法運算單元的一個輸入端作為所述滯環比較單元的①端，另一個輸入端接基準滯環電壓發生單元的輸出端；第二加法運算單元的一個輸入端也作為所述滯環比較單元的①端，另一個輸入端接反相運算單元的輸出端，反相運算單元的輸入端接基準滯環電壓發生單元的輸出端。所述電壓檢測單元的一個輸入端與所述三電平滯環電流跟蹤逆變器的輸出端連接，另一個輸入端與所述三電平逆變橋的零電平支撐點Z連接。一種三電平滯環電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，步驟為:步驟一，檢測三電平逆變橋的零電平支撐點Z分別與所述三電平滯環電流跟蹤逆變器的輸出端間的電壓瞬時值Uj, j=l，2，3 ;步驟二，檢測所述三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端輸出的電流瞬時值ij，j=l, 2，3 ；步驟三，計算三相指令電流信號f的變化率a j:
權利要求
1.一種三電平滯環電流跟蹤逆變器，其特徵是，它包括三電平逆變橋(1)，三電平逆變橋(I)的輸出端串聯電感器(2)後作為三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端； 電流採集裝置和電壓採集裝置至少採集三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端中一相的電流瞬時值以及該相輸出端與三電平逆變橋(I)的零電平支撐點Z間的電壓瞬時值，並將它們送入相應的電壓檢測單元和電流檢測單元； 電壓檢測單元將檢測到的電壓信號送入相應的驅動控制單元； 電流檢測單元將檢測到的電流信號送入相應的滯環比較單元，滯環比較單元的輸出信號送入所述的驅動控制單元； 三相指令電流信號中的至少一相分別送入所述驅動控制單元和滯環比較單元； 所述驅動控制單元與相應的驅動單元連接，驅動單元輸出驅動信號送入三電平逆變橋(I)的對應驅動信號輸入端，從而使三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出電流準確跟蹤指令電流的變化。
2.如權利要求1所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器，其特徵是，所述三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端為三相輸出U、V、W ; 電壓採集裝置和電流採集裝置分別採集三相輸出端U、V、W分別與三電平逆變橋(I)的零電平支撐點Z間的電壓瞬時值和三相輸出電流瞬時值信號，並將它們送入相應的三個電壓檢測單元和一個電流檢測單元； 各電壓檢測單元將檢測的電壓信號送入相應的三個驅動控制單元； 電流檢測單元將檢測到的電流信號送入相應的三個滯環比較單元，三個滯環比較單元的輸出信號送入所述的三個驅動控制單元； 三相指令電流信號ii，ib G則分別送入三個驅動控制單元和三個滯環比較單元； 三個驅動控制單元分別與相應的驅動單元連接，各驅動單元輸出的驅動信號送入三電平逆變橋(I)的對應驅動信號輸入端，從而使三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出電流準確跟蹤指令電流的變化。
3.如權利要求1或2所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器，其特徵是，所述驅動控制單元的結構為: 第一 RS觸發器(17)的Q端作為所述驅動控制單元的⑤端，其R端作為所述驅動控制單元的①端，其S端接第一與門(19)的輸出端； 第二 RS觸發器(18)的Q端作為所述驅動控制單元的⑥端，其R端作為所述驅動控制單元的②端，其S端接第二與門(20)的輸出端； 第一與門(19)的一個輸入端也作為所述驅動控制單元的②端，另一輸入端接第一比較器(22)的輸出端； 第二與門(20)的一個輸入端也作為所述驅動控制單元的①端，另一輸入端接非門(21)的輸出端,非門(21)的輸入端接第一比較器(22)的輸出端； 第一比較器(22)的同相輸入端接微分運算單元(23)的輸出端，其反相輸入端接比例運算單元(24)的輸出端； 微分運算單元(23)的輸入端作為所述驅動控制單元的③端； 比例運算單元(24)的輸入端作為所述驅動控制單元的④端。
4.如權利要求1或2所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器，其特徵是，所述滯環比較單元結構為: 第二比較器(25)的輸出端作為所述滯環比較單元的③端，其同相輸入端作為所述滯環比較單元的②端，其反相輸入端接第一加法運算單元(27)的輸出端； 第三比較器(26)的輸出端作為所述滯環比較單元的④端，其同相輸入端接第二加法運算單元(28)的輸出端，其反相輸入端也作為所述滯環比較單元的②端； 第一加法運算單元(27)的一個輸入端作為所述滯環比較單元的①端，另一個輸入端接基準滯環電壓發生單元(30)的輸出端； 第二加法運算單元(28)的一個輸入端也作為所述滯環比較單元的①端，另一個輸入端接反相運算單元(29)的輸出端，反相運算單元的輸入端接基準滯環電壓發生單元(30)的輸出端。
5.如權利要求1或2所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器，其特徵是，所述電壓檢測單元的一個輸入端與所述三電平滯環電流跟蹤逆變器的輸出端連接，另一個輸入端與所述三電平逆變橋(I)的零電平支撐點Z連接。
6.一種權利要求1或2所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特徵是，步驟為: 步驟一，檢測三電平逆變橋(I)的零電平支撐點Z分別與所述三電平滯環電流跟蹤逆變器的輸出端間的電壓瞬時值Uj, j=l，2，3 ; 步驟二，檢測所述三電平滯環電流跟蹤逆變器輸出端輸出的電流瞬時值ij，j=l, 2，3 ； 步驟三，計算三相指令電流信號^的變化率a j: j ,氺 Cl/.； i =.^., ]' = 1,2,3; 步驟四，計算所述三電平滯環電流跟蹤逆變器零電平輸出時輸出電流的理論變化率vJ: Vj=kUj, j=l, 2，3 其中:k為由電路參數決定的常量； 步驟五，分別比較L和K的大小以及a j和Vj的大小，產生驅動控制單元中觸發器的控制信號，將觸發器在控制信號下的不同狀態信號送入驅動單元，驅動單元控制三電平逆變橋(I)輸出端狀態； 步驟六，三電平逆變橋(I)輸出端的輸出電平通過電感器(2)分別產生跟蹤三相指令電流信號仏ib G的輸出電流i1、i2、i3。
7.如權利要求6所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特徵是，所述步驟五中，比較L和￥的大小按照以下判據產生邏輯比較結果bj; j=l, 2，3: 當!:;>(if+ 0,),…=I,^tj < (if+ 5), a.j=0，當ij 2 (if-5)，bf = O當,:廠0是常量；比較a j和Vj的大小，按照以下判據產生邏輯比較結果Cj，j=l, 2，3:當 α j vj，cJ=1。
8.如權利要求6所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特徵是，所述步驟五中」驅動控制單元中觸發器的控制信號為！^、^^、!^、^^，j=l，2，3:其中rJi=aJ-sj「bj.C」， ri2=bj， Sj2 = Uj.Cjo 其中d是&的邏輯非。 各控制信號j=l, 2，3，分別送入相應的驅動控制單元中，控制其各RS觸發器狀態Qjl和qj2，j=l，2，3。
9.如權利要求8所述的三電平滯環電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特徵是，所述三電平逆變橋(I)輸出端狀態為: R立而:
全文摘要
本發明公開了一種三電平滯環電流跟蹤逆變器及其控制方法。其三電平逆變橋輸出端串聯電感器後作為三電平滯環電流跟蹤逆變器的輸出端，各電壓檢測單元分別檢測三電平逆變橋的零電平支撐點與逆變器三相輸出端之間的電壓，檢測結果分別送入各驅動控制單元，電流檢測單元檢測逆變器的三相輸出電流，檢測結果分別送入各滯環比較單元，三相指令電流信號分別送入各滯環比較單元和各驅動控制單元，各滯環比較單元的輸出端接對應的驅動控制單元，各驅動控制單元輸出端接對應的驅動單元，各驅動單元的輸出端接三電平逆變橋的驅動信號輸入端。所述裝置及其控制方法能夠對三電平逆變器的輸出電流進行滯環跟蹤控制，具有跟蹤精度高、速度快、實時性好等優點。
文檔編號H02M7/5387GK103117669SQ20131007662
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者李建明, 遲恩先, 王德濤, 鞠洪兵 申請人:山東華天電氣有限公司