本發(fā)明涉及到變頻器領(lǐng)域，具體的說是基于功率動(dòng)態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調(diào)整電路。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)交-直-交變頻器中，通常會(huì)采用負(fù)載功率前饋的方法。負(fù)載功率前饋就是將逆變器輸出的功率前饋至整流器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器輸出功率的提前控制，達(dá)到整流器與逆變器協(xié)調(diào)控制的目的。通常為得到負(fù)載功率會(huì)在逆變器采樣電壓、電流信號(hào)并用A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)過運(yùn)算得到負(fù)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(diào)節(jié)，將負(fù)載功率前饋至電壓外環(huán)能夠快速調(diào)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(fù)載端是必須要經(jīng)過網(wǎng)側(cè)濾波電感以及直流側(cè)電容。負(fù)載吸收能量必須是先吸收直流側(cè)電容的能量以及網(wǎng)側(cè)濾波電感的能量，然后電容電感從電網(wǎng)吸收能量補(bǔ)充這部分耗能。而電容、電感是動(dòng)態(tài)非線性儲(chǔ)能元件，無論對(duì)其充能還是耗能都應(yīng)當(dāng)是非線性的、動(dòng)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(bǔ)充的過程描述為線性過程是存在誤差的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)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(bǔ)充的過程描述為線性過程存在誤差的問題，本發(fā)明提供了一種基于功率動(dòng)態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調(diào)整電路，以實(shí)現(xiàn)減少整流器電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出有功功率誤差的問題，以及能夠保證在負(fù)載需要的電流、電壓跳變導(dǎo)致功率跳變時(shí)，輸出功率能夠快速跟蹤以及其準(zhǔn)確性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：基于功率動(dòng)態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調(diào)整電路，包括電壓誤差調(diào)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(diào)節(jié)模塊檢測(cè)直流母線電壓實(shí)際值并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)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(yùn)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(jìn)行乘法運(yùn)算，得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)碾娙莨β?，并將該電容功率輸入給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(cè)電流d軸分量和d軸分量指令值進(jìn)行做差，并將差值與進(jìn)行乘法運(yùn)算，得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)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(fù)載功率計(jì)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(jìn)行做差運(yùn)算，得到的運(yùn)算結(jié)果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊內(nèi)的一個(gè)PI控制器進(jìn)行運(yùn)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(jìn)行做差運(yùn)算，得到的運(yùn)算結(jié)果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊內(nèi)的一個(gè)PI控制器進(jìn)行運(yùn)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(jìn)行運(yùn)算，并輸出六橋臂功率器件開關(guān)信號(hào)、、、、、至IGBT模塊，進(jìn)而控制IGBT模塊輸出經(jīng)過功率補(bǔ)償后的直流母線電壓值，并根據(jù)控制整流器功率開關(guān)器件。

所述電容功率估算模塊計(jì)算得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)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(cè)電路后進(jìn)行濾波處理，去除干擾的毛刺信號(hào)，然后將從檢電路輸出的電壓信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)轉(zhuǎn)換值和公式計(jì)算得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)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(shí)際值，為系統(tǒng)調(diào)節(jié)周期個(gè)數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期。

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

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

其次，將檢測(cè)電路輸出的電流信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字量化之后進(jìn)行3s/2r變換，從三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上；

最后，根據(jù)電流在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸分量值和公式計(jì)算得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)碾姼泄β剩?/p>

式中，為網(wǎng)側(cè)濾波電感值，為網(wǎng)側(cè)電流d軸分量指令值，為網(wǎng)側(cè)電流d軸實(shí)際輸出值，為系統(tǒng)調(diào)節(jié)周期個(gè)數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期。

所述負(fù)載功率的得到步驟如下：

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

其次，將檢測(cè)電路輸出信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；

最后，根據(jù)轉(zhuǎn)換出的電壓、電流值計(jì)算逆變器輸出負(fù)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(zhuǎn)換因數(shù)，取0.8。

本發(fā)明將電容、電感的耗能分階段動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)诫妷和猸h(huán)PI控制器中，根據(jù)直流母線電壓實(shí)際輸出值與指令值的差值確定需補(bǔ)充的電容能量，根據(jù)網(wǎng)側(cè)電流輸出值與指令值的差值確定需補(bǔ)充電感的能量，并根據(jù)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)周期確定電容、電感動(dòng)態(tài)補(bǔ)償周期n的值，從而減少了電壓外環(huán)PI調(diào)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(diào)節(jié)視為線性、靜態(tài)系統(tǒng)。但實(shí)際交-直-交變換器能量流動(dòng)過程由于經(jīng)過網(wǎng)側(cè)電感和直流側(cè)電容已經(jīng)存在非線性、動(dòng)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(dòng)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(fù)載功率變化，但是沒有考慮在系統(tǒng)能量流動(dòng)過程中電感、電容存儲(chǔ)能量的變化。而本發(fā)明將電感、電容的能量變化分階段動(dòng)態(tài)引入到電壓外環(huán)控制器。在原有PI結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電感、電容能量，調(diào)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(dòng)的問題，減少了系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率之間的誤差。在負(fù)載功率跳變時(shí)，能夠有效抑制直流母線電壓的波動(dòng)，輸出功率能夠?qū)崿F(xiàn)快速跟蹤，提高系統(tǒng)輸出功率的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框架圖；

圖2為本發(fā)明的調(diào)整原理圖；

附圖標(biāo)記：1、電壓誤差調(diào)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(shí)施方式

如圖所示，基于功率動(dòng)態(tài)前饋的整流器電壓外環(huán)調(diào)整電路，包括電壓誤差調(diào)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(diào)節(jié)模塊1檢測(cè)直流母線電壓實(shí)際值并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)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(yùn)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(jìn)行乘法運(yùn)算，得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)碾娙莨β?，并將該電容功率輸入給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(cè)電流d軸分量和d軸分量指令值進(jìn)行做差，并將差值與進(jìn)行乘法運(yùn)算，得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)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(fù)載功率計(jì)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(jìn)行做差運(yùn)算，得到的運(yùn)算結(jié)果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊7內(nèi)的一個(gè)PI控制器進(jìn)行運(yùn)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(jìn)行做差運(yùn)算，得到的運(yùn)算結(jié)果傳遞給系統(tǒng)功率控制模塊7內(nèi)的一個(gè)PI控制器進(jìn)行運(yùn)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(jìn)行運(yùn)算，并輸出六橋臂功率器件開關(guān)信號(hào)、、、、、（、、為上三個(gè)橋臂開關(guān)信號(hào)，、、為對(duì)稱下三個(gè)橋臂開關(guān)信號(hào)）至IGBT模塊8，進(jìn)而控制IGBT模塊8輸出經(jīng)過功率補(bǔ)償后的直流母線電壓值，并根據(jù)控制整流器功率開關(guān)器件。

所述電容功率估算模塊2計(jì)算得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)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(cè)電路后進(jìn)行濾波處理，去除干擾的毛刺信號(hào)，然后將從檢電路輸出的電壓信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)轉(zhuǎn)換值和公式計(jì)算得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)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(shí)際值，為系統(tǒng)調(diào)節(jié)周期個(gè)數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期；

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

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

其次，將檢測(cè)電路輸出的電流信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字量化之后進(jìn)行3s/2r變換，從三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上；

最后，根據(jù)電流在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸分量值和公式計(jì)算得到每周期系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)碾姼泄β剩?/p>

式中，為網(wǎng)側(cè)濾波電感值，為網(wǎng)側(cè)電流d軸分量指令值，為網(wǎng)側(cè)電流d軸實(shí)際輸出值，為系統(tǒng)調(diào)節(jié)周期個(gè)數(shù)，為系統(tǒng)采樣周期；

所述負(fù)載功率的得到步驟如下：

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

其次，將檢測(cè)電路輸出信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；

最后，根據(jù)轉(zhuǎn)換出的電壓、電流值計(jì)算逆變器輸出負(fù)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(zhuǎn)換因數(shù)，取0.8。

本發(fā)明的工作模式是：

首先在交-直-交變換系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)刻，由于系統(tǒng)中不存在能量，能量全部需要從電網(wǎng)側(cè)吸收，直流母線電壓以及網(wǎng)側(cè)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(diào)節(jié)主要是以PI控制器為主，以電感電容估算功率作為補(bǔ)償。為防止系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)不穩(wěn)定，可提前在DSP程序內(nèi)設(shè)定估算功率上限值，但上限值不宜過低否則會(huì)影響系統(tǒng)的控制精度，減少系統(tǒng)響應(yīng)速度。

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

最后根據(jù)調(diào)整整流器有功功率的輸出直至系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在負(fù)載功率跳變時(shí)，采用負(fù)載功率與電感電容估算功率相結(jié)合的控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器輸出功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。經(jīng)過功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后，能夠減少整流器輸出有功功率誤差，實(shí)現(xiàn)功率的快速跟蹤，減少直流母線電壓波動(dòng)。