[發明專利]一種新型三相四橋臂逆變器及其控制方法

在審

• 申請號: 201710718568.0
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107579673A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 趙旺彬;黃軍;陳海濤;吳春瑜;李開宇
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M1/12
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 周乃鑫

技術領域

本發明涉及空間領域中二次電源的控制領域，具體涉及一種新型三相四橋臂逆變器的主拓撲電路及其控制方法。

背景技術

空間探測是當今世界科技發展的前沿領域，具有很強的基礎性、前瞻性、創新性和帶動性。人類航天活動一般可分為地球應用衛星、載人航天和深空探測三大領域，開展空間活動，是航天技術發展的必然選擇。目前，合成孔徑雷達(synthetie Aperture Radar,SAR)衛星采用直流母線的配電方式，它的TR組件需要大量的二次電源，隨著空間電源系統技術不斷的發展，甚至可多達上千個之多，這樣將需要非常多的二次電源，而二次電源的效率都很低，一般只有70％～80％左右，從而大大增加了衛星電源系統的負擔，對體積、重量和功耗都有很大影響。

電源系統交流母線技術成為有效的解決方案，每個用戶通過變壓器可以得到適合自己的使用電壓，交流變壓器的轉換效率較高，一般在96％～98％，采用交流母線的方式可以大大提高能源的傳遞效率。

在空間領域中，既需要為單相負載供電，也需要為不平衡負載供電，還有很多非線性負載，但是供電的同時還必須保證三相逆變器輸出的三相平衡，保證輸出電壓的總諧波失真(total harmonic distribution，THD)滿足一定要求，因此采用三相四橋臂逆變器是比較合適的選擇，第四橋臂可以為不平衡電流提供通路，目前三相四橋臂逆變器的控制能夠分為三相靜止坐標abc下、兩相旋轉坐標dq0下、兩相靜止坐標αβ0下，在三相靜止坐標abc下，采用三次諧波注入，能夠實現三相的獨立控制。但是由于三相獨立控制，微控制單元(Micro Control Unit,MCU)的運算量比較大，因此有必要對運算量進行簡化，特別是對于采用了多個三相四橋臂逆變器的系統而言，要求采用更多的三相四橋臂逆變器進行并聯，這樣就會對逆變器的控制提出更高的要求。從提高逆變器運行速度、減少逆變器的體積考慮，需要對三相四橋臂逆變器控制進行設計，本發明即基于此提出，對三相四橋臂逆變器在不平衡負載及非線性負載下的控制進行了設計。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型三相四橋臂逆變器的主拓撲電路及其控制方法，通過在重復控制方法的基礎上，采用有源阻尼代替重復控制中的陷波器，實現克服重復控制對陷波器周圍一部分頻率控制作用微弱的問題的目的；采用電壓瞬時值進行控制，通過比例諧振控制新型三相四橋臂逆變器的輸出電壓，實現使空間逆變電源系統輸出良好的正弦化的電壓的目的。通過計算公式的推導，得到有源阻尼能夠代替電壓電流雙閉環中的電流環，為了進一步提供空間逆變電源系統的動態特性，加入了三個參考電壓前饋控制，實現參考電壓前饋的目的。進而提高直流電壓的利用率，減小空間逆變電源系統的體積和重量，減少微處理器的運行負擔的目的。

為了實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種三相四橋臂逆變器的控制方法，包含以下過程：實時采樣三相四橋臂逆變器的三相輸出的電壓與電流信號；結合比例諧振控制，有源阻尼，重復控制與參考電壓前饋技術對所述電壓與電流信號進行處理；所述比例諧振控制用于實現對瞬時的交流信號進行無靜差的跟蹤；所述有源阻尼控制用于實現系統在空載下的穩定，減少輸出電壓諧波含量；所述重復控制用于減少系統帶非線性負載的輸出電壓諧波含量，輸出滿足國標要求的電壓的THD；所述參考電壓前饋控制為通過把三相輸出電壓反饋到參考電壓側，用于實現電壓前饋過程，提高系統的動態性能；在三相靜止坐標系下，采用三次諧波控制技術，實現對三相四橋臂逆變器四個橋臂的觸發控制。優選地，所述三次諧波控制技術進一步包含以下過程：使三相四橋臂逆變器中的三相電壓調制信號與三次諧波相加，與第四橋臂注入的三次諧波進行相減，使輸出的三相電壓保持為正弦信號。

優選地，所述比例諧振控制采用雙線性變換離散準比例諧振控制電壓環，

式中，k_p是比例系數，k_r是諧振系數。ζ是阻尼系數，ω₀為基波角頻率，s為拉普拉斯變換的變量。

優選地，所述控制方法進一步包含以下過程：通過所述重復控制對所述三相四橋臂逆變器帶非線性負載時產生的諧波含量進行控制，得到每相的有源阻尼輸出電壓u_r；

u_r＝[(u_ref-u)*(G_V+RP)-i_L*k/k_pwm]