專(zhuān)利名稱(chēng)：三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器及其控制方法。
背景技術(shù)：
逆變器的輸出電流控制方法有線(xiàn)性PWM控制、單周控制、滯環(huán)電流跟蹤控制等多種，其中滯環(huán)電流跟蹤控制方法具有電流跟蹤速度快、魯棒性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)電流跟蹤速度要求較高的場(chǎng)合常被選用。但是，滯環(huán)電流跟蹤控制方法通常僅適用于兩電平逆變器。隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展和三電平IGBT功率模塊的出現(xiàn)，三電平逆變器得到日益廣泛的重視和應(yīng)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、適用于更高系統(tǒng)電壓等優(yōu)點(diǎn)。三電平逆變橋的輸出有正電平、零電平和負(fù)電平三種狀態(tài)，常規(guī)的二態(tài)滯環(huán)跟蹤控制方法不能適用。有關(guān)研究文獻(xiàn)中提出了幾種三態(tài)滯環(huán)跟蹤控制方法，其中一類(lèi)是將輸出電壓的極性作為附加判定條件構(gòu)建三態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于原理上存在缺陷，不能準(zhǔn)確判知實(shí)現(xiàn)正確跟蹤所需輸出狀態(tài)，容易發(fā)生跟蹤失敗問(wèn)題；第二類(lèi)三態(tài)滯環(huán)電流跟蹤控制方法中，除滯環(huán)跟蹤誤差帶上下限外，還需要在誤差帶內(nèi)增加新的比較電平，并增加三電平逆變橋中半導(dǎo)體功率器件開(kāi)關(guān)次數(shù)，從而導(dǎo)致功率器件開(kāi)關(guān)應(yīng)力及損耗增力口、電磁干擾增加；第三類(lèi)三態(tài)滯環(huán)電流跟蹤控制方法則是通過(guò)引進(jìn)由時(shí)鐘脈沖控制的時(shí)序電路，與滯環(huán)比較器結(jié)合完成三態(tài)控制，存在跟蹤滯后，實(shí)時(shí)性變差的問(wèn)題。公知的三電平逆變器滯環(huán)電流跟蹤控制方法，由于存在各種缺陷，使得滯環(huán)跟蹤控制方法的優(yōu)勢(shì)在三電平逆變器中難以得到充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問(wèn)題，提供一種能夠充分發(fā)揮滯環(huán)跟蹤控制方法優(yōu)勢(shì)的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器及其控制方法。為實(shí)現(xiàn)此目的， 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種三電平滯環(huán)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(lián)電感器后作為三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端；電流采集裝置和電壓采集裝置至少采集三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端中一相的電流瞬時(shí)值以及該相輸出端與三電平逆變橋的零電平支撐點(diǎn)Z間的電壓瞬時(shí)值，并將它們送入相應(yīng)的電壓檢測(cè)單元和電流檢測(cè)單元；電壓檢測(cè)單元將檢測(cè)到的電壓信號(hào)送入相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制單元；電流檢測(cè)單元將檢測(cè)到的電流信號(hào)送入相應(yīng)的滯環(huán)比較單元，滯環(huán)比較單元的輸出信號(hào)送入所述的驅(qū)動(dòng)控制單元；三相指令電流信號(hào)中的至少一相分別送入所述驅(qū)動(dòng)控制單元和滯環(huán)比較單元；所述驅(qū)動(dòng)控制單元與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元連接，驅(qū)動(dòng)單元輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入三電平逆變橋的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，從而使三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出電流準(zhǔn)確跟蹤指令電流的變化。所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端為三相輸出u、v、w ;電壓采集裝置和電流采集裝置分別采集三相輸出端U、V、W分別與三電平逆變橋的零電平支撐點(diǎn)Z間的電壓瞬時(shí)值和三相輸出電流瞬時(shí)值信號(hào)，并將它們送入相應(yīng)的三個(gè)電壓檢測(cè)單元和一個(gè)電流檢測(cè)單元；各電壓檢測(cè)單元將檢測(cè)的電壓信號(hào)送入相應(yīng)的三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元；電流檢測(cè)單元將檢測(cè)到的電流信號(hào)送入相應(yīng)的三個(gè)滯環(huán)比較單元，三個(gè)滯環(huán)比較單元的輸出信號(hào)送入所述的三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元；三相指令電流信號(hào) ，ib G則分別送入三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元和三個(gè)滯環(huán)比較單元;三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元分別與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元連接，各驅(qū)動(dòng)單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入三電平逆變橋的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，從而使三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出電流準(zhǔn)確跟蹤指令電流的變化。所述驅(qū)動(dòng)控制單元的結(jié)構(gòu)為:第一 RS觸發(fā)器的Q端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的⑤端，其R端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的①端，其S端接第一與門(mén)的輸出端；第二 RS觸發(fā)器的Q端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的⑥端，其R端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的②端，其S端接第二與門(mén)的輸出端；第一與門(mén)的一 個(gè)輸入端也作為所述驅(qū)動(dòng)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(mén)的一個(gè)輸入端也作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的①端，另一輸入端接非門(mén)的輸出端，非門(mén)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(yùn)算單元的輸出端，其反相輸入端接比例運(yùn)算單兀的輸出端；微分運(yùn)算單元的輸入端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的③端；比例運(yùn)算單元的輸入端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的④端。所述滯環(huán)比較單元結(jié)構(gòu)為:第二比較器的輸出端作為所述滯環(huán)比較單元的③端，其同相輸入端作為所述滯環(huán)比較單元的②端，其反相輸入端接第一加法運(yùn)算單元的輸出端；第三比較器的輸出端作為所述滯環(huán)比較單元的④端，其同相輸入端接第二加法運(yùn)算單元的輸出端，其反相輸入端也作為所述滯環(huán)比較單元的②端；第一加法運(yùn)算單元的一個(gè)輸入端作為所述滯環(huán)比較單元的①端，另一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)滯環(huán)電壓發(fā)生單元的輸出端；第二加法運(yùn)算單元的一個(gè)輸入端也作為所述滯環(huán)比較單元的①端，另一個(gè)輸入端接反相運(yùn)算單元的輸出端，反相運(yùn)算單元的輸入端接基準(zhǔn)滯環(huán)電壓發(fā)生單元的輸出端。所述電壓檢測(cè)單元的一個(gè)輸入端與所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的輸出端連接，另一個(gè)輸入端與所述三電平逆變橋的零電平支撐點(diǎn)Z連接。一種三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，步驟為:步驟一，檢測(cè)三電平逆變橋的零電平支撐點(diǎn)Z分別與所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的輸出端間的電壓瞬時(shí)值Uj, j=l，2，3 ;步驟二，檢測(cè)所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端輸出的電流瞬時(shí)值ij，j=l, 2，3 ；步驟三，計(jì)算三相指令電流信號(hào)f的變化率a j:
權(quán)利要求
1.一種三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器，其特征是，它包括三電平逆變橋(1)，三電平逆變橋(I)的輸出端串聯(lián)電感器(2)后作為三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端； 電流采集裝置和電壓采集裝置至少采集三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端中一相的電流瞬時(shí)值以及該相輸出端與三電平逆變橋(I)的零電平支撐點(diǎn)Z間的電壓瞬時(shí)值，并將它們送入相應(yīng)的電壓檢測(cè)單元和電流檢測(cè)單元； 電壓檢測(cè)單元將檢測(cè)到的電壓信號(hào)送入相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制單元； 電流檢測(cè)單元將檢測(cè)到的電流信號(hào)送入相應(yīng)的滯環(huán)比較單元，滯環(huán)比較單元的輸出信號(hào)送入所述的驅(qū)動(dòng)控制單元； 三相指令電流信號(hào)中的至少一相分別送入所述驅(qū)動(dòng)控制單元和滯環(huán)比較單元； 所述驅(qū)動(dòng)控制單元與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元連接，驅(qū)動(dòng)單元輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入三電平逆變橋(I)的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，從而使三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出電流準(zhǔn)確跟蹤指令電流的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器，其特征是，所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端為三相輸出U、V、W ; 電壓采集裝置和電流采集裝置分別采集三相輸出端U、V、W分別與三電平逆變橋(I)的零電平支撐點(diǎn)Z間的電壓瞬時(shí)值和三相輸出電流瞬時(shí)值信號(hào)，并將它們送入相應(yīng)的三個(gè)電壓檢測(cè)單元和一個(gè)電流檢測(cè)單元； 各電壓檢測(cè)單元將檢測(cè)的電壓信號(hào)送入相應(yīng)的三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元； 電流檢測(cè)單元將檢測(cè)到的電流信號(hào)送入相應(yīng)的三個(gè)滯環(huán)比較單元，三個(gè)滯環(huán)比較單元的輸出信號(hào)送入所述的三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元； 三相指令電流信號(hào)ii，ib G則分別送入三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元和三個(gè)滯環(huán)比較單元； 三個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元分別與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元連接，各驅(qū)動(dòng)單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入三電平逆變橋(I)的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，從而使三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出電流準(zhǔn)確跟蹤指令電流的變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器，其特征是，所述驅(qū)動(dòng)控制單元的結(jié)構(gòu)為: 第一 RS觸發(fā)器(17)的Q端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的⑤端，其R端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的①端，其S端接第一與門(mén)(19)的輸出端； 第二 RS觸發(fā)器(18)的Q端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的⑥端，其R端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的②端，其S端接第二與門(mén)(20)的輸出端； 第一與門(mén)(19)的一個(gè)輸入端也作為所述驅(qū)動(dòng)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(mén)(20)的一個(gè)輸入端也作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的①端，另一輸入端接非門(mén)(21)的輸出端,非門(mén)(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(yùn)算單元(23)的輸出端，其反相輸入端接比例運(yùn)算單元(24)的輸出端； 微分運(yùn)算單元(23)的輸入端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的③端； 比例運(yùn)算單元(24)的輸入端作為所述驅(qū)動(dòng)控制單元的④端。
4.如權(quán)利要求1或2所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器，其特征是，所述滯環(huán)比較單元結(jié)構(gòu)為: 第二比較器(25)的輸出端作為所述滯環(huán)比較單元的③端，其同相輸入端作為所述滯環(huán)比較單元的②端，其反相輸入端接第一加法運(yùn)算單元(27)的輸出端； 第三比較器(26)的輸出端作為所述滯環(huán)比較單元的④端，其同相輸入端接第二加法運(yùn)算單元(28)的輸出端，其反相輸入端也作為所述滯環(huán)比較單元的②端； 第一加法運(yùn)算單元(27)的一個(gè)輸入端作為所述滯環(huán)比較單元的①端，另一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)滯環(huán)電壓發(fā)生單元(30)的輸出端； 第二加法運(yùn)算單元(28)的一個(gè)輸入端也作為所述滯環(huán)比較單元的①端，另一個(gè)輸入端接反相運(yùn)算單元(29)的輸出端，反相運(yùn)算單元的輸入端接基準(zhǔn)滯環(huán)電壓發(fā)生單元(30)的輸出端。
5.如權(quán)利要求1或2所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器，其特征是，所述電壓檢測(cè)單元的一個(gè)輸入端與所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的輸出端連接，另一個(gè)輸入端與所述三電平逆變橋(I)的零電平支撐點(diǎn)Z連接。
6.一種權(quán)利要求1或2所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特征是，步驟為: 步驟一，檢測(cè)三電平逆變橋(I)的零電平支撐點(diǎn)Z分別與所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的輸出端間的電壓瞬時(shí)值Uj, j=l，2，3 ; 步驟二，檢測(cè)所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器輸出端輸出的電流瞬時(shí)值ij，j=l, 2，3 ； 步驟三，計(jì)算三相指令電流信號(hào)^的變化率a j: j ,氺 Cl/.； i =.^., ]' = 1,2,3; 步驟四，計(jì)算所述三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器零電平輸出時(shí)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(shù)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(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制單元中觸發(fā)器的控制信號(hào)，將觸發(fā)器在控制信號(hào)下的不同狀態(tài)信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元控制三電平逆變橋(I)輸出端狀態(tài)； 步驟六，三電平逆變橋(I)輸出端的輸出電平通過(guò)電感器(2)分別產(chǎn)生跟蹤三相指令電流信號(hào)仏ib G的輸出電流i1、i2、i3。
7.如權(quán)利要求6所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特征是，所述步驟五中，比較L和￥的大小按照以下判據(jù)產(chǎn)生邏輯比較結(jié)果bj; j=l, 2，3: 當(dāng)!:;>(if+ 0,),…=I,^tj < (if+ 5), a.j=0，當(dāng)ij 2 (if-5)，bf = O當(dāng),:廠(chǎng)<(^_5)，= I 其中:δ >0是常量；比較a j和Vj的大小，按照以下判據(jù)產(chǎn)生邏輯比較結(jié)果Cj，j=l, 2，3:當(dāng) α j < V cJ=0，當(dāng) α j > vj，cJ=1。
8.如權(quán)利要求6所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特征是，所述步驟五中”驅(qū)動(dòng)控制單元中觸發(fā)器的控制信號(hào)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(hào)j=l, 2，3，分別送入相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制單元中，控制其各RS觸發(fā)器狀態(tài)Qjl和qj2，j=l，2，3。
9.如權(quán)利要求8所述的三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的跟蹤控制方法，其特征是，所述三電平逆變橋(I)輸出端狀態(tài)為: R立而:
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三電平滯環(huán)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(lián)電感器后作為三電平滯環(huán)電流跟蹤逆變器的輸出端，各電壓檢測(cè)單元分別檢測(cè)三電平逆變橋的零電平支撐點(diǎn)與逆變器三相輸出端之間的電壓，檢測(cè)結(jié)果分別送入各驅(qū)動(dòng)控制單元，電流檢測(cè)單元檢測(cè)逆變器的三相輸出電流，檢測(cè)結(jié)果分別送入各滯環(huán)比較單元，三相指令電流信號(hào)分別送入各滯環(huán)比較單元和各驅(qū)動(dòng)控制單元，各滯環(huán)比較單元的輸出端接對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制單元，各驅(qū)動(dòng)控制單元輸出端接對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元，各驅(qū)動(dòng)單元的輸出端接三電平逆變橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端。所述裝置及其控制方法能夠?qū)θ娖侥孀兤鞯妮敵鲭娏鬟M(jìn)行滯環(huán)跟蹤控制，具有跟蹤精度高、速度快、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK103117669SQ20131007662
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者李建明, 遲恩先, 王德濤, 鞠洪兵 申請(qǐng)人:山東華天電氣有限公司