本實用新型涉及到變頻器領域，具體的說是基于功率動態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調整電路。

背景技術：

在傳統(tǒng)交-直-交變頻器中，通常會采用負載功率前饋的方法。負載功率前饋就是將逆變器輸出的功率前饋至整流器，實現(xiàn)對整流器輸出功率的提前控制，達到整流器與逆變器協(xié)調控制的目的。通常為得到負載功率會在逆變器采樣電壓、電流信號并用A/D轉換為數(shù)字量，經(jīng)過運算得到負載功率并將得到的數(shù)據(jù)前饋值整流器電壓外環(huán)。電壓外環(huán)通常采用PI調節(jié)，將負載功率前饋至電壓外環(huán)能夠快速調節(jié)PI控制輸出有功功率指令值。但是能量從電網(wǎng)流出經(jīng)整流器到逆變器再到負載端是必須要經(jīng)過網(wǎng)側濾波電感以及直流側電容。負載吸收能量必須是先吸收直流側電容的能量以及網(wǎng)側濾波電感的能量，然后電容電感從電網(wǎng)吸收能量補充這部分耗能。而電容、電感是動態(tài)非線性儲能元件，無論對其充能還是耗能都應當是非線性的、動態(tài)的，故整流器電壓外環(huán)只采用PI控制器將系統(tǒng)能量消耗、補充的過程描述為線性過程是存在誤差的。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術中整流器電壓外環(huán)只采用PI控制器將系統(tǒng)能量消耗、補充的過程描述為線性過程存在誤差的問題，本實用新型提供了一種基于功率動態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調整電路，以實現(xiàn)減少整流器電壓外環(huán)PI調節(jié)器輸出有功功率誤差的問題，以及能夠保證在負載需要的電流、電壓跳變導致功率跳變時，輸出功率能夠快速跟蹤以及其準確性。

本實用新型為解決上述技術問題所采用的技術方案為：基于功率動態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調整電路，包括電壓誤差調節(jié)模塊、電容功率估算模塊、電感功率估算模塊、有功功率指令值矯正模塊、有功功率誤差控制模塊、無功功率誤差控制模塊、系統(tǒng)功率控制模塊和IGBT模塊，其中，所述電壓誤差調節(jié)模塊檢測直流母線電壓實際值并經(jīng)A/D轉換后與直流母線電壓指令值做差，將差值分別傳遞給PI控制器和電容功率估算模塊，PI控制器運算輸出有功功率誤差值至有功功率指令值矯正模塊；

所述電容功率估算模塊將接收的差值和直流母線電壓指令值進行乘法運算，得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾娙莨β剩⒃撾娙莨β瘦斎虢o有功功率指令值矯正模塊；

所述電感功率估算模塊采集網(wǎng)側電流d軸分量和d軸分量指令值進行做差，并將差值與進行乘法運算，得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾姼泄β?，并將該電感功率輸入給有功功率指令值矯正模塊；

所述有功功率指令值矯正模塊根據(jù)將接收到的數(shù)據(jù)與逆變器輸出負載功率計算得到整流器輸出有功功率指令值，并將輸入給有功功率誤差控制模塊；

所述有功功率誤差控制模塊根據(jù)和采集的整流器輸出有功功率值進行做差運算，得到的運算結果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊內的一個PI控制器進行運算，得到整流器輸入電壓的d軸分量，并將傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊中的空間電壓矢量控制模塊SVPWM；

所述無功功率誤差控制模塊根據(jù)整流器輸出無功功率值和整流器輸出無功功率指令值進行做差運算，得到的運算結果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊內的一個PI控制器進行運算，得到整流器輸入電壓的q軸分量，并將傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊中的空間電壓矢量控制模塊SVPWM；

所述系統(tǒng)功率控制模塊中的空間電壓矢量控制模塊SVPWM根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進行運算，并輸出六橋臂功率器件開關信號、、、、、至IGBT模塊，進而控制IGBT模塊輸出經(jīng)過功率補償后的直流母線電壓值，并根據(jù)控制整流器功率開關器件。

所述電容功率估算模塊計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾娙莨β实木唧w操作為：

首先采樣直流母線電壓值，經(jīng)過檢測電路后進行濾波處理，去除干擾的毛刺信號，然后將從檢電路輸出的電壓信號，進入DSP進行A/D轉換，并根據(jù)轉換值和公式計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾娙莨β剩?/p>

式中，為直流母線電容值，為直流母線電壓指令值，為直流母線電壓實際值，為系統(tǒng)調節(jié)周期個數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期。

所述電感功率估算模塊計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾姼泄β实木唧w操作為：

首先，從整流側傳感器采集三相電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波處理，去除干擾的毛刺信號；

其次，將檢測電路輸出的電流信號，進入DSP進行A/D轉換，數(shù)字量化之后進行3s/2r變換，從三相靜止坐標系轉換到二相旋轉坐標系上；

最后，根據(jù)電流在兩相旋轉坐標系d軸分量值和公式計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾姼泄β剩?/p>

式中，為網(wǎng)側濾波電感值，為網(wǎng)側電流d軸分量指令值，為網(wǎng)側電流d軸實際輸出值，為系統(tǒng)調節(jié)周期個數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期。

所述負載功率的得到步驟如下：

首先，從逆變側傳感器采集三相電壓、電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波處理，去除干擾的毛刺信號；

其次，將檢測電路輸出信號，進入DSP進行A/D轉換；

最后，根據(jù)轉換出的電壓、電流值計算逆變器輸出負載功率，，其中，為逆變器輸出的線電壓，為逆變器輸出的線電流，為系統(tǒng)的能量轉換因數(shù)，取0.8。

本實用新型將電容、電感的耗能分階段動態(tài)補償?shù)诫妷和猸h(huán)PI控制器中，根據(jù)直流母線電壓實際輸出值與指令值的差值確定需補充的電容能量，根據(jù)網(wǎng)側電流輸出值與指令值的差值確定需補充電感的能量，并根據(jù)PI調節(jié)器調節(jié)周期確定電容、電感動態(tài)補償周期n的值，從而減少了電壓外環(huán)PI調節(jié)器輸出有功功率的誤差。

有益效果：傳統(tǒng)整流器電壓外環(huán)通常采用PI控制器，將電壓外環(huán)電壓調節(jié)視為線性、靜態(tài)系統(tǒng)。但實際交-直-交變換器能量流動過程由于經(jīng)過網(wǎng)側電感和直流側電容已經(jīng)存在非線性、動態(tài)分量，所以采用傳統(tǒng)PI外環(huán)用線性、靜態(tài)控制器去控制含有非線性、動態(tài)分量的系統(tǒng)是存在誤差的，PI控制器輸出的有功功率指令值只能體現(xiàn)負載功率變化，但是沒有考慮在系統(tǒng)能量流動過程中電感、電容存儲能量的變化。而本實用新型將電感、電容的能量變化分階段動態(tài)引入到電壓外環(huán)控制器。在原有PI結構的基礎上動態(tài)補償電感、電容能量，調整電壓外環(huán)控制器輸出有功功率指令值，解決了傳統(tǒng)PI控制器無法描述系統(tǒng)非線性部分能量流動的問題，減少了系統(tǒng)輸出功率與負載功率之間的誤差。在負載功率跳變時，能夠有效抑制直流母線電壓的波動，輸出功率能夠實現(xiàn)快速跟蹤，提高系統(tǒng)輸出功率的精度。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)框架圖；

圖2為本實用新型的調整原理圖；

附圖標記：1、電壓誤差調節(jié)模塊，2、電容功率估算模塊，3、電感功率估算模塊，4、有功功率指令值矯正模塊，5、有功功率誤差控制模塊，6、無功功率誤差控制模塊，7、系統(tǒng)功率控制模塊，8、IGBT模塊。

具體實施方式

如圖所示，基于功率動態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調整電路，包括電壓誤差調節(jié)模塊1、電容功率估算模塊2、電感功率估算模塊3、有功功率指令值矯正模塊4、有功功率誤差控制模塊5、無功功率誤差控制模塊6、系統(tǒng)功率控制模塊7和IGBT模塊8，其中，所述電壓誤差調節(jié)模塊1檢測直流母線電壓實際值并經(jīng)A/D轉換后與直流母線電壓指令值做差，將差值分別傳遞給PI控制器和電容功率估算模塊2，PI控制器運算輸出有功功率誤差值至有功功率指令值矯正模塊4；

所述電容功率估算模塊2將接收的差值和直流母線電壓指令值進行乘法運算，得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾娙莨β剩⒃撾娙莨β瘦斎虢o有功功率指令值矯正模塊4；

所述電感功率估算模塊3采集網(wǎng)側電流d軸分量和d軸分量指令值進行做差，并將差值與進行乘法運算，得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾姼泄β剩⒃撾姼泄β瘦斎虢o有功功率指令值矯正模塊4；

所述有功功率指令值矯正模塊4根據(jù)將接收到的數(shù)據(jù)與逆變器輸出負載功率計算得到整流器輸出有功功率指令值，并將輸入給有功功率誤差控制模塊5；

所述有功功率誤差控制模塊5根據(jù)和采集的整流器輸出有功功率值進行做差運算，得到的運算結果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊7內的一個PI控制器進行運算，得到整流器輸入電壓的d軸分量，并將傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊7中的空間電壓矢量控制模塊SVPWM；

所述無功功率誤差控制模塊6根據(jù)整流器輸出無功功率值和整流器輸出無功功率指令值進行做差運算，得到的運算結果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊7內的一個PI控制器進行運算，得到整流器輸入電壓的q軸分量，并將傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊7中的空間電壓矢量控制模塊SVPWM；

所述系統(tǒng)功率控制模塊（7）中的空間電壓矢量控制模塊SVPWM根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進行運算，并輸出六橋臂功率器件開關信號、、、、、（、、為上三個橋臂開關信號，、、為對稱下三個橋臂開關信號）至IGBT模塊8，進而控制IGBT模塊8輸出經(jīng)過功率補償后的直流母線電壓值，并根據(jù)控制整流器功率開關器件。

所述電容功率估算模塊2計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾娙莨β实木唧w操作為：

首先采樣直流母線電壓值，經(jīng)過檢測電路后進行濾波處理，去除干擾的毛刺信號，然后將從檢電路輸出的電壓信號，進入DSP進行A/D轉換，并根據(jù)轉換值和公式計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾娙莨β剩?/p>

式中，為直流母線電容值，為直流母線電壓指令值，為直流母線電壓實際值，為系統(tǒng)調節(jié)周期個數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期；

所述電感功率估算模塊3計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾姼泄β实木唧w操作為：

首先，從整流側傳感器采集三相電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波處理，去除干擾的毛刺信號；

其次，將檢測電路輸出的電流信號，進入DSP進行A/D轉換，數(shù)字量化之后進行3s/2r變換，從三相靜止坐標系轉換到二相旋轉坐標系上；

最后，根據(jù)電流在兩相旋轉坐標系d軸分量值和公式計算得到每周期系統(tǒng)需補償?shù)碾姼泄β剩?/p>

式中，為網(wǎng)側濾波電感值，為網(wǎng)側電流d軸分量指令值，為網(wǎng)側電流d軸實際輸出值，為系統(tǒng)調節(jié)周期個數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期；

所述負載功率的得到步驟如下：

首先，從逆變側傳感器采集三相電壓、電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波處理，去除干擾的毛刺信號；

其次，將檢測電路輸出信號，進入DSP進行A/D轉換；

最后，根據(jù)轉換出的電壓、電流值計算逆變器輸出負載功率，，其中，為逆變器輸出的線電壓，為逆變器輸出的線電流，為系統(tǒng)的能量轉換因數(shù)，取0.8。

本實用新型的工作模式是：

首先在交-直-交變換系統(tǒng)啟動時刻，由于系統(tǒng)中不存在能量，能量全部需要從電網(wǎng)側吸收，直流母線電壓以及網(wǎng)側電流幾乎為0，系統(tǒng)估算出的電感與電容功率較大，而整流器電壓外環(huán)調節(jié)主要是以PI控制器為主，以電感電容估算功率作為補償。為防止系統(tǒng)啟動時不穩(wěn)定，可提前在DSP程序內設定估算功率上限值，但上限值不宜過低否則會影響系統(tǒng)的控制精度，減少系統(tǒng)響應速度。

其次，在系統(tǒng)接近穩(wěn)定時，整流器輸出電流接近穩(wěn)態(tài)，整流器輸出功率接近負載功率，但電壓外環(huán)調節(jié)仍處于調節(jié)狀態(tài)。此時提高估算功率上限值，以電感電容估算功率作為主要，補償整流器輸出有功功率。

最后根據(jù)調整整流器有功功率的輸出直至系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)。在負載功率跳變時，采用負載功率與電感電容估算功率相結合的控制方法實現(xiàn)對整流器輸出功率的動態(tài)補償。經(jīng)過功率動態(tài)補償后，能夠減少整流器輸出有功功率誤差，實現(xiàn)功率的快速跟蹤，減少直流母線電壓波動。