[發明專利]PWM逆變器的偽PID控制方法

在審

• 申請號: 201710587446.2
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107147323A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 孫曉明;鐘其明;劉建宇
• 申請（專利權）人: 重慶水利電力職業技術學院
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 黃耀鈞

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體來說，是PWM逆變器的偽PID控制方法。

背景技術

因技術成熟，P和PI控制方法被廣泛應用于各種電力電子裝置的逆變器的閉環控制，用于控制整個系統或局部的電壓/電流；執行速度高、電流響應快和開關頻率恒定是其突出優點，故特別適于實時跟蹤控制。然而，其同類方法，即PID控制方法，卻鮮被采用；關于PID控制方法在逆變器閉環控制中的成功應用，鮮能在已公開的權威發明中找到。實際上，申請人通過試驗發現，D參數的引入會帶來以下兩個問題。

其一，PID參數的整定會變得更加復雜。PID控制方法起源于經典控制理論，經典控制理論擅長處理的是連續模擬最小相位系統。然而，脈寬調制(pulse widthmodulation，PWM)逆變器是由若干離散數字環節和純延時環節組成的特殊系統，故不能像連續模擬最小相位系統那樣直接由經典控制理論推導出PID參數的整定公式。因此，整定PID參數的實用方法就是根據實踐經驗反復調整的試錯法。但是，考慮到每個參數以及它們的組合具有不同的功能和效果，僅調整P或PI參數有時就十分耗時，當加入D參數后工作量將大大增加；即便最終得到了一組可行的參數，其最優性也難以得到保證。或許智能控制方法可解決該問題。然而，模糊PID控制方法和專家PID控制方法過于依賴于PID參數的規則庫和知識庫，而PID參數的規則庫和知識庫同樣是建立在反復試驗的基礎上的；雖然很多自適應方法(如魯棒自適應PID控制方法、神經網絡PID控制方法、粒子群PID控制方法、進化算法PID控制方法和遺傳算法PID控制方法等)能在線地、自動地調整PID參數，但調整過程的計算量很大，微處理器的負擔很重，故不適宜實時跟蹤控制。

其二，系統的穩定性和可靠性可能下降。當PWM逆變器在P或PI控制方法下穩定、可靠地運行時，引入D參數有時會導致系統振蕩，有時又似乎對系統的運行沒有影響。顯然，這對系統的穩定可靠運行是會造成隱患的；同樣，智能控制方法并不能保證系統的穩定性和可靠性。

綜上，對于PWM逆變器的閉環控制，舍棄D參數似乎是一個回避不必要的麻煩的好方法。然而，問題的關鍵不應是回避，而應是經過嚴謹的理論分析去明確D參數究竟能否加入。

發明內容

本發明旨在提供PWM逆變器的偽PID控制方法，在解決“背景技術”中所述問題的同時提高PWM逆變器輸出電壓/電流的精度。該方法被應用于圖1所示的單相PWM逆變器并用于繼電保護測試，以驗證其有效性。該方法還可用于三相或多電平PWM逆變器，以提升這些復雜逆變器的性能。為實現所述技術目的，本發明采用的技術方案如下。

PWM逆變器的偽PID控制方法包括以下3個參數計算公式：計算公式一，用于計算P參數；計算公式二，用于計算I參數；計算公式三，用于計算偽D參數，即動態補償因子。

進一步限定，所述3個參數計算公式如下：

式中，K_P為P參數，即比例參數；K_I為I參數，即積分參數；為偽D參數，即偽微分參數；L和C分別為LC輸出濾波器的電抗值和電容值；R為負載的電阻值；r＝r_Q+r_L為回路的總附加電阻值，其中，r_Q為開關器件的等值電阻值，r_L為電抗器的繞組電阻值；為電解電容器直流電壓V_dc在交流電壓源的1個周期內的平均值；T_s為采樣周期。

進一步限定，控制量的計算公式如下：

式中，e_i(k)和i_R(k)分別為第k個采樣時刻的電流誤差和輸出電流，為經過修正的PWM逆變器占空比的增量形式。

進一步限定，所述PWM逆變器的偽PID控制方法被應用于一個單相PWM逆變器并用于繼電保護測試。

進一步限定，所述單相PWM逆變器為一電壓源型全橋逆變器，由一個交流電壓源、一個整流變壓器和一個不控整流橋供電。采用電源周期平均模型對其進行建模。運行中電解電容器C_d上的直流電壓V_dc會隨著C_d的充放電不斷地波動，電源周期平均模型的核心思想就是將V_dc在交流電壓源的1個周期內的平均值視為常量。

進一步限定，所述單相PWM逆變器的硬件參數如下：

交流電壓源的電壓設定為220V(RMS)；

整流變壓器的一、二次電壓設定為220/100V(RMS)；