[發明專利]dq坐標系下瞬時控制的單相逆變器及控制方法

有效

• 申請號: 201110201101.1
• 申請日: 2011-07-19
• 公開（公告）號: CN102255541A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 吳浩偉;徐正喜;柳彬;蔡凱
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術領域

本發明涉及單相功率變換電路，特別是涉及一種dq坐標系下瞬時控制的單相逆變器及控制方法。

背景技術

隨著太陽能電池、直流發電機、蓄電池等直流電源在人類社會生產和生活中的應用越來越廣，能夠將直流電能逆變為交流電能的高性能逆變器也越來越受到人們的重視。

對于三相逆變器的輸出電壓控制而言，通過dq變換可以將abc三相坐標系下的電壓、電流等交流量轉換到dq坐標系下變為直流量，通過PI調節器可以實現無穩態靜差的反饋控制，同時保證良好的動態響應速度。在dq坐標系下，由于三相逆變器是對等效的直流量進行反饋控制，因此PI調節器不僅控制效果好，并且魯棒性強，控制參數容易設計。

而對于單相逆變器而言，因為只有一相的電壓參數，無法直接利用dq變換轉換為直流量加以控制，所以傳統的單相逆變器一般只對交流電壓幅值進行控制。由于對交流電壓的幅值檢測需要的檢測時間較長，因此傳統的單相逆變器動態響應速度較慢，突加、減負載時電壓幅值的波動較大。

近年來也出現了采用PI調節器對電壓波形直接進行瞬時反饋控制的單相逆變器，但由于PI調節器無法對交流指令信號做到穩態無靜差的跟蹤，因此PI調節器的設計十分困難，相關設計開發工作需要的時間長、成本大。例如，名稱為《一種多維狀態數字控制的逆變電源》中國發明專利(專利申請號為201010284052.8)，提出了基于多維狀態空間的逆變器反饋控制方法，該發明雖然能夠取得較好的性能指標，但需要檢測逆變器輸出電壓和電流兩個電參數，還需要準確測定LC濾波器的電感量和電容量才能設計控制參數，并且控制算法較為復雜，實現起來較為困難。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種dq坐標系下瞬時控制的單相逆變器及控制方法，不僅能夠在dq坐標下利用PI調節器瞬時控制輸出電壓波形，穩態精度高、動態響應速度快，而且魯棒性強、控制參數容易設計，控制方法的實現比較簡單，與三相逆變器基本相同，控制軟件稍加修改即可實現共用，可大大節約同一系列型號中三相和單相逆變器的設計開發工作。

本發明提供的dq坐標系下瞬時控制的單相逆變器，包括功率變換電路、LC濾波電路、電壓檢測電路和數字控制電路，所述功率變換電路的功率輸入端與外部直流電源的輸出端相連，功率變換電路的輸出端與LC濾波電路的輸入端相連，LC濾波電路的輸出端與電壓檢測電路的輸入端相連，電壓檢測電路的輸出端與數字控制電路的輸入端相連，數字控制電路的輸出端與功率變換電路的驅動信號輸入端相連。

在上述技術方案中，所述數字控制電路包括數字控制器，所述數字控制器包括虛擬化運算器、dq變換矩陣、第一減法器、第二減法器、第一PI調節器、第二PI調節器和反dq變換運算器，所述虛擬化運算器經dq變換矩陣分別與第一減法器和第二減法器相連，第一減法器和第二減法器分別經第一PI調節器和第二PI調節器與反dq變換運算器相連。

在上述技術方案中，所述數字控制電路用于：將采集到的當前輸出電壓Ua(k)送入虛擬化運算器計算得到變量Ub(k)、Uc(k)，再將變量Ua(k)、Ub(k)、Uc(k)送到dq變換矩陣計算得到變量Ud(k)、Uq(k)，將Ud(k)送到第一減法器的“-”號端，d軸指令值Udref送到第一減法器的“+”號端，計算得到變量Ek₁，將Ek₁送入第一PI調節器計算得到d軸調節變量Udo(k)；將Uq(k)送到第二減法器的“-”號端，q軸指令值Uqref送到第二減法器的“+”號端，計算得到變量Ek₂，將Ek₂送入第二PI調節器計算得到q軸坐標調節變量Uqo(k)；將變量Udo(k)和變量Uqo(k)送到反dq變換運算器計算得到反饋控制變量Uk，數字控制器根據Uk產生對應的PWM驅動信號，控制功率變換電路輸出相應的電壓波形。

在上述技術方案中，所述數字控制器采用數字信號處理器DSP、單片機或者現場可編程門陣列FPGA。

在上述技術方案中，所述功率變換電路采用單相全橋或單相半橋的逆變器拓撲結構。