專利名稱：一種大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率高頻開關(guān)整流電源，特別是一種大功率高頻開關(guān)整流電源的控制方法。
背景技術(shù)：
在大型電解電鍍行業(yè)，高頻開關(guān)電源是核心設(shè)備之一。傳統(tǒng)電鍍電解直流電源主要采用工頻整流、不可控整流、晶閘管可控整流技術(shù)，電源裝備體積大、能耗高、效率低，且網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低、諧波含量高，嚴(yán)重影響了企業(yè)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。而高頻開關(guān)整流電源由于功率因數(shù)高、諧波含量小，體積小，正逐步替代傳統(tǒng)電鍍電解直流電源。前級三相電壓型整流器主要實(shí)現(xiàn)PWM整流控制，采用電壓電流雙閉環(huán)控制方法。為了簡化系統(tǒng)控制和便于工程應(yīng)用，電壓環(huán)大多采用PI控制方法，而電流環(huán)決定系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度，是研究的重點(diǎn)。當(dāng)前，工程應(yīng)用較多的電流控制方法主要包括滯環(huán)控制、PI控制、比例諧振(PR)控制、無差拍控制等方法。滯環(huán)控制簡單，魯棒性好，但開關(guān)頻率不固定，電流紋波大，影響直流側(cè)電壓的控制精度；傳統(tǒng)PI控制設(shè)計簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但無法實(shí)現(xiàn)對交流量的無穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤控制；比例諧振(PR)控制器在諧振頻率下具有無窮大的增益，可以零穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤交流參考電流，但當(dāng)電網(wǎng)頻率偏移時，控制精度將受到較大影響。無差拍控制是基于被控對象精確電路模型的控制算法，具有響應(yīng)速度快、控制誤差小的特點(diǎn)，但無差拍控制效果對電路模型參數(shù)的依賴性大，特別是電感量參數(shù)和等效電阻參數(shù)，不僅難以精確檢測，而且受溫度和運(yùn)行條件的影響，會產(chǎn)生較大的漂移和攝動，從而影響無差拍控制的控制效果，導(dǎo)致直流側(cè)電壓紋波大，降低產(chǎn)品質(zhì)量。電解電鍍行業(yè)的負(fù)載功率一般都很大，通常采用多個開關(guān)電源模塊并聯(lián)組合成大功率分布式電源體系，來實(shí)現(xiàn)大功率化。因此，后級高頻DC / DC變換器一個重要控制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)均流控制，當(dāng)前的均流控制方法主要包括主從控制法、平均電流法、虛擬阻抗均流法等。主從控制是在各電源模塊中選取一個模塊為主電源模塊，其他模塊為從模塊，主電源模塊采用電壓控制方法，從模塊采用電流控制方法，這種均流方法可靠性比較低，當(dāng)主電源模塊發(fā)生故障時，整個控制系統(tǒng)就不能正常工作。平均電流法所有電源模塊通過一根均流母線相互連接，每個子模塊從均流母線上獲得自身的電流參考信號，通過控制環(huán)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確均流。平均電流法均流效果較好，但需要互聯(lián)線，且并聯(lián)系統(tǒng)的可靠程度與均流母線密切相關(guān)。虛擬阻抗均流法的實(shí)質(zhì)是一種通過數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的下垂法，通過輸出電流反饋引入虛擬阻抗來調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出阻抗達(dá)到抑制物理內(nèi)阻差異的目的。這種方法簡單易行，不需要互聯(lián)線，但均流控制精度與負(fù)載輸出電壓精度存在矛盾，虛擬阻抗取值越大，均流效果越好，但在虛擬阻抗上的壓降也越大，影響開關(guān)電源的電壓調(diào)節(jié)，因此在輸出電壓精度要求較高的場合并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法，針對前級三相電壓型整流器提出基于功率前饋的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)無差拍控制方法，實(shí)現(xiàn)無差拍控制參數(shù)的在線調(diào)節(jié)，減少因參數(shù)偏移和攝動對控制精度造成的不利影響。針對后級高頻DC / DC變換器，提出基于輸出電壓反饋的虛擬阻抗自均流控制方法，在提高均流效果和冗余性能的同時，有效消除虛擬阻抗取值對負(fù)載輸出電壓精度的影響。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法，包括大功率高頻開關(guān)整流電源，所述大功率高頻開關(guān)整流電源包括前級三相電壓型整流器和后級高頻DC / DC變換器，所述后級高頻DC / DC變換器包括依次串聯(lián)的單相全橋逆變器、高頻耦合變壓器和低壓整流器；所述單相全橋逆變器與所述前級三相電壓型整流器連接，所述前級三相電壓型整流器通過濾波電感與三相電網(wǎng)連接，所述低壓整流器接負(fù)載；該方法包括前級三相電壓型整流器控制方法和后級高頻DC / DC變換器控制方法兩部分:所述前級三相電壓型整流器控制方法為:I)將前級三相電壓型整流器直流側(cè)電壓給定值Uref與直流側(cè)電壓檢測值Udc相減后，誤差通過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出一個調(diào)壓指令信號Id。；2)檢測負(fù)載功率，根據(jù)能量平衡原理計算出前級三相電壓型整流器交流側(cè)期望輸入相電流幅值，所述輸入相電流幅值即前饋指令信號Is，Is計算公式為:Is = 2Pl/3U,其中，U為三相電網(wǎng)母線電壓相電壓幅值；3)將前饋指令信號Is與調(diào)壓指令信號Id。疊加，然后分別乘以前級三相電壓型整流器各相的同步信號，得到前級三相電壓型整流器參考電流信號為:
權(quán)利要求
1.一種大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法，包括大功率高頻開關(guān)整流電源，所述大功率高頻開關(guān)整流電源包括前級三相電壓型整流器和后級高頻DC/DC變換器，所述后級高頻DC/DC變換器包括依次串聯(lián)的單相全橋逆變器、高頻耦合變壓器和低壓整流器；所述單相全橋逆變器與所述前級三相電壓型整流器連接，所述前級三相電壓型整流器通過濾波電感與三相電網(wǎng)連接，所述低壓整流器接負(fù)載；其特征在于，該方法包括前級三相電壓型整流器控制方法和后級高頻DC/DC變換器控制方法兩部分: 所述前級三相電壓型整流器控制方法為: 1)將前級三相電壓型整流器直流側(cè)電壓給定值Uref與直流側(cè)電壓檢測值Udc相減的值通過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出一個調(diào)壓指令信號Id。； 2)檢測負(fù)載功率匕，根據(jù)能量平衡原理計算出前級三相電壓型整流器交流側(cè)期望輸入相電流幅值，所述輸入相電流幅值即前饋指令信號Is，Is計算公式為: Is=2Pl/3U, 其中，U為三相電網(wǎng)母線電壓相電壓幅值； 3)將前饋指令信號Is與調(diào)壓指令信號Id。疊加，然后分別乘以前級三相電壓型整流器各相的同步信號，得到前級三相電壓型整流器參考電流信號為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法，其特征在于，所述前級三相電壓型整流器控制方法中，三個開關(guān)臂開關(guān)管的開關(guān)信號Sa、Sb和S。定義為: 其中Si=I代表開關(guān)臂的上管導(dǎo)通，下管斷開；Si=-l代表開關(guān)臂的下管導(dǎo)通，上管斷開；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法，其特征在于，所述后級高頻DC/DC變換器控制方法中，電壓環(huán)的參考信號值V。*的表達(dá)式為: V0*=Ur-K*i0+u。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率高頻開關(guān)整流電源綜合控制方法，包括前級三相電壓型整流器控制方法和后級高頻DC/DC變換器控制方法兩個部分。前級三相電壓型整流器采用基于功率前饋的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)無差拍控制方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)，迅速跟蹤負(fù)載的變化，通過參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)可以在線修正無差拍控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)與實(shí)際參數(shù)的匹配，消除因參數(shù)攝動或漂移對控制性能不利影響，提高控制魯棒性。后級高頻DC/DC變換器采用基于輸出電壓反饋的虛擬阻抗自均流控制方法，有效解決均流控制精度和負(fù)載輸出電壓精度間的矛盾，使虛擬阻抗取值并不影響負(fù)載電壓的輸出調(diào)節(jié)，提高了虛擬阻抗均流法在輸出電壓精度要求較高的場合的適用能力。
文檔編號H02M7/219GK103199718SQ20131012770
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者羅安, 王逸超, 肖華根, 馬伏軍, 陳燕東, 姚芳, 徐千鳴 申請人:湖南大學(xué)