本發(fā)明涉及整流器和逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種整流器和逆變器的統(tǒng)一控制方法，即一種通用的整流器和逆變器的控制環(huán)路設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)三相四線pwm整流器的控制一般采用直流母線電壓外環(huán)，電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中的電感電流內(nèi)環(huán)控制通常在dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行。而傳統(tǒng)的三相四線pwm逆變器一般采用電壓有效值環(huán)、電壓瞬時(shí)值環(huán)和電感電流瞬時(shí)值環(huán)三個(gè)基本環(huán)路控制，同時(shí)由于要應(yīng)對(duì)三相不平衡負(fù)載的要求，通常采用基于abc靜止坐標(biāo)系的單相獨(dú)立控制方式。在一個(gè)由三相四線pwm整流器和逆變器組成的背靠背系統(tǒng)中，例如在線式ups系統(tǒng)，整流器和逆變器的控制系統(tǒng)通常需要各自單獨(dú)設(shè)計(jì)，工程設(shè)計(jì)人員必須掌握兩種不同的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，不但增加了控制軟件開發(fā)周期，同時(shí)程序代碼的調(diào)試也更加復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種整流器和逆變器的統(tǒng)一控制方法，從而實(shí)現(xiàn)整流器和逆變器控制程序框架和代碼的共享，縮短軟件開發(fā)周期，簡(jiǎn)化程序代碼的調(diào)試和維護(hù)工作。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

該控制方法采用包括瞬時(shí)值控制模塊、諧波控制模塊和相位同步模塊的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。將控制指令vref，第一反饋信號(hào)vf1，第二反饋信號(hào)vf2，第三反饋信號(hào)vf3，前饋信號(hào)vfd，相位參考信號(hào)θ和諧波控制信號(hào)xh作為瞬時(shí)值控制模塊的輸入信號(hào)，通過三個(gè)級(jí)聯(lián)的控制器單元對(duì)給定參考信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，輸出調(diào)制信號(hào)vc。將被控信號(hào)x1和相位參考信號(hào)θ作為諧波控制模塊的輸入信號(hào)，對(duì)被控信號(hào)進(jìn)行諧波的構(gòu)造和提取，并在dq軸坐標(biāo)系下進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，輸出諧波控制信號(hào)xh。將被控信號(hào)x2和同步源信號(hào)vabc.g作為相位同步模塊3的輸入信號(hào)，提取被控信號(hào)與同步源的相位差并對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)得到相位參考信號(hào)θ。

當(dāng)上述所有輸入信號(hào)為如下組合時(shí)：控制指令vref為母線電壓指令第一反饋信號(hào)vf1為母線電壓vsum，第二反饋信號(hào)vf2為整流器電感電流il，第三反饋信號(hào)vf3為0，前饋信號(hào)vfd為電網(wǎng)電壓vg，被控信號(hào)x1為整流器電感電流il，被控信號(hào)x2為整流器電感電流il，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整流器的控制功能。

當(dāng)所有輸入信號(hào)為如下組合時(shí)：控制指令vref為逆變輸出電壓有效值指令第一反饋信號(hào)vf1為逆變輸出電壓有效值vi.rms，第二反饋信號(hào)vf2為逆變輸出電壓vi，第三反饋信號(hào)vf3為逆變器電感電流il，前饋信號(hào)vfd為逆變輸出電壓vi，被控信號(hào)x1為逆變輸出電壓vi，被控信號(hào)x2為逆變輸出電壓vi，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)逆變器的控制功能。

各個(gè)模塊的具體實(shí)施步驟可以如下：

瞬時(shí)值控制模塊由第一控制器單元、乘法器單元、余弦值計(jì)算單元、第二控制器單元、第一加法器單元、第三控制器單元和第二加法器單元構(gòu)成。第一控制器單元的兩組輸入分別是控制指令vref和第一反饋信號(hào)vf1。余弦值計(jì)算單元的輸入相角信號(hào)來自同步控制模塊的輸出信號(hào)θ。第一控制器單元的輸出與余弦值計(jì)算單元的輸出經(jīng)第一乘法器單元相乘，得到的結(jié)果輸入到第二控制器單元，第二控制器的另一個(gè)輸入來自第二反饋信號(hào)vf2。第二控制器的輸出與諧波控制模塊的輸出xh經(jīng)第一加法器單元相加作為第三控制器單元的輸入，第三控制器單元的另一個(gè)輸入為第三反饋信號(hào)vf3。第三控制器單元的輸出與前饋量vfd經(jīng)第二加法器單元相加，得到瞬時(shí)值控制模塊的輸出vc。當(dāng)輸入信號(hào)來自如表1中的組合一時(shí)，瞬時(shí)值控制模塊完成整流器直流母線電壓的控制功能；當(dāng)輸入信號(hào)來自如表1中的組合二時(shí)，瞬時(shí)值控制模塊完成逆變器輸出電壓的控制功能。

諧波控制模塊包括n次諧波提取和構(gòu)造單元、坐標(biāo)變換單元、n次諧波d軸控制器單元、n次諧波q軸控制器單元和坐標(biāo)反變換單元。n次諧波提取和構(gòu)造單元的輸入為被控信號(hào)x1，該單元通過延時(shí)算法從x1中提取出n次諧波的虛擬三相對(duì)稱分量，經(jīng)過坐標(biāo)變換單元后得到n次諧波分量的d軸分量和q軸分量，d軸分量和q軸分量分別輸入到n次諧波d軸控制器單元和n次諧波q軸控制器單元，兩個(gè)控制器的輸出作為坐標(biāo)反變換單元的輸入，通過坐標(biāo)反變換單元之后得到諧波控制模塊的輸出xh。當(dāng)輸入信號(hào)來自如表1中的組合一時(shí)，諧波控制模塊完成整流器輸入電流的n次諧波抑制；當(dāng)輸入信號(hào)來自如表1中的組合二時(shí)，諧波控制模塊2完成逆變器輸出電壓的n次諧波控制。

相位同步模塊包括鎖相環(huán)單元、三相系統(tǒng)構(gòu)造單元、鑒相器單元、相角控制器單元、第三加法器單元和模值計(jì)算單元。鎖相環(huán)單元的輸入為同步源信號(hào)vabc.g，其輸出為同步源信號(hào)的相位信息θg，三相系統(tǒng)構(gòu)造單元的輸入為被控信號(hào)x2，該單元通過延時(shí)算法得到x2的虛擬三相對(duì)稱信號(hào)xa，xb，xc。這組三相對(duì)稱信號(hào)與同步源信號(hào)的相位信息θg作為鑒相器單元的輸入，經(jīng)過鑒相器后得到兩者的相位差信號(hào)xq。相位差信號(hào)xq經(jīng)過相角控制器單元后得到相角補(bǔ)償量θcomp，該補(bǔ)償量再通過第三加法器單元與同步源信號(hào)的相位信號(hào)θg相加，最后通過模值計(jì)算單元得到相位同步模塊的輸出相位參考信號(hào)θ。當(dāng)輸入信號(hào)來自如表1中的組合一時(shí)，相位同步模塊完成整流器輸入電流單位功率因數(shù)的控制功能；當(dāng)輸入信號(hào)來自如表1中的組合二時(shí)，相位同步模塊完成逆變器輸出電壓與同步源電壓的同步功能。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供的一種整流器和逆變器的統(tǒng)一控制方法，可以應(yīng)用于單相和三相獨(dú)立控制的整流器和逆變器。通過輸入信號(hào)的選擇以及三個(gè)控制模塊的功能，實(shí)現(xiàn)了整流器和逆變器控制程序框架和代碼的共享，縮短了軟件開發(fā)周期，簡(jiǎn)化程序代碼的調(diào)試和維護(hù)工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整流器和逆變器的統(tǒng)一控制示意框圖。

圖2為本發(fā)明的整流器和逆變器統(tǒng)一控制方法的詳細(xì)控制環(huán)路示意圖。

圖中的各個(gè)單元說明：瞬時(shí)值控制模塊1、諧波控制模塊2、相位同步模塊3、母線電容4、功率器件橋臂5、lc濾波器6、負(fù)載/電網(wǎng)7、第一控制器單元8、第二控制器單元9、第三控制器單元10、余弦值計(jì)算單元11、第一乘法器單元12、第一加法器單元13、第二加法器單元14、n次諧波提取和構(gòu)造單元15、坐標(biāo)變換單元16、n次諧波d軸控制器單元17、坐標(biāo)反變換單元18、n次諧波q軸控制器單元19、第二乘法器單元20、鎖相環(huán)單元21、三相系統(tǒng)構(gòu)造單元22、鑒相器單元23、相角控制器單元24、第三加法器單元25、模值計(jì)算單元26、有效值計(jì)算單元27、spwm調(diào)制單元28、切換開關(guān)29。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖2所示，控制部分主要由三個(gè)模塊組成，包括瞬時(shí)值控制模塊1、諧波控制模塊2、相位同步模塊3。主電路包括直流母線電容4、功率器件橋臂5、lc濾波器6、負(fù)載/電網(wǎng)7，四部分依次串聯(lián)組成，切換開關(guān)29切到“1”時(shí)，主電路表示整流器模式，切換開關(guān)29切到“2”時(shí)，主電路表示逆變器模式。

瞬時(shí)值控制模塊1包括第一控制器單元8、第一乘法器單元12、余弦值計(jì)算單元11、第二控制器單元9、第一加法器單元13、第三控制器單元10和第二加法器單元14。第一控制器單元8的兩組輸入分別是控制指令vref和第一反饋信號(hào)vf1。余弦值計(jì)算單元11的輸入相角信息來自相位同步控制模塊3的輸出信號(hào)θ。第一控制器單元8的輸出與余弦值計(jì)算單元11的輸出相乘，得到的結(jié)果輸入到第二控制器單元9，第二控制器的另一個(gè)輸入來自第二反饋信號(hào)vf2。第二控制器單元9的輸出與諧波控制模塊2的輸出xh相加作為第三控制器單元10的輸入，第三控制器單元10的另一個(gè)輸入為第三反饋信號(hào)vf3。第三控制器單元10的輸出與前饋量vfd相加，得到瞬時(shí)值控制模塊1的輸出vc。調(diào)制信號(hào)vc作為spwm調(diào)制模塊的輸入，經(jīng)過spwm調(diào)制模塊后作為功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)來自表1中的組合一時(shí)，瞬時(shí)值控制模塊1完成整流器直流母線電壓的控制功能；當(dāng)輸入信號(hào)來自表1中的組合二時(shí)，瞬時(shí)值控制模塊完成逆變器輸出電壓的控制功能。

諧波控制模塊2包括n次諧波提取和構(gòu)造單元15、坐標(biāo)變換單元16、n次諧波d軸控制器單元17、n次諧波q軸控制器單元19和坐標(biāo)反變換單元18。n次諧波提取和構(gòu)造單元15的輸入為被控信號(hào)x1，該單元通過延時(shí)算法從x1中提取出n次諧波的虛擬三相對(duì)稱分量，經(jīng)過坐標(biāo)變換單元16后得到n次諧波分量的d軸分量和q軸分量，d軸分量和q軸分量分別輸入到n次諧波d軸控制器單元17和n次諧波q軸控制器單元19，兩個(gè)控制器的輸出作為坐標(biāo)反變換單元18的輸入，最后通過坐標(biāo)反變換得到諧波控制模塊2的輸出xh。其中坐標(biāo)變換單元16與坐標(biāo)反變換單元18的參考相位信息均來自相位同步模塊3的輸出相位信號(hào)θ與對(duì)應(yīng)諧波次數(shù)n的乘積。當(dāng)輸入信號(hào)來自表1中的組合一時(shí)，諧波控制模塊2完成整流器輸入電流的n次諧波抑制功能；當(dāng)輸入信號(hào)來自表1中的組合二時(shí)，諧波控制模塊2完成逆變器輸出電壓的n次諧波抑制功能。

相位同步模塊包括鎖相環(huán)單元21、三相系統(tǒng)構(gòu)造單元22、鑒相器單元23、相角控制器單元24、第三加法器單元25和模值計(jì)算單元26。鎖相環(huán)單元21的輸入為同步源信號(hào)vabc.g，其輸出為同步源信號(hào)的相位信息θg，三相系統(tǒng)構(gòu)造單元22的輸入為被控信號(hào)x2，該單元通過延時(shí)算法得到x2的虛擬三相對(duì)稱信號(hào)xa，xb，xc。這組三相對(duì)稱信號(hào)與同步源信號(hào)的相位信息θg作為鑒相器單元23的輸入，經(jīng)過鑒相器單元23后得到兩者的相位差信號(hào)xq。相位差信號(hào)xq經(jīng)過相角控制器單元24后得到相角補(bǔ)償量θcomp，該補(bǔ)償量再通過第三加法器單元25與同步源信號(hào)的相位信號(hào)θg相加，最后通過模值計(jì)算單元26得到相位同步模塊3的輸出相位參考信號(hào)θ。當(dāng)輸入信號(hào)來自表1中的組合一時(shí)，同步控制模塊完成整流器輸入電流單位功率因數(shù)的控制；當(dāng)輸入信號(hào)來自表1中的組合二時(shí)，完成逆變器輸出電壓與同步源電壓的同步功能。

當(dāng)切換開關(guān)29為“1”時(shí)，各模塊的輸入信號(hào)控制指令vref、反饋信號(hào)vf1、反饋信號(hào)vf2、反饋信號(hào)vf3、前饋信號(hào)vfd、被控信號(hào)x1、被控信號(hào)x2來自組合一的信號(hào)，當(dāng)切換開關(guān)29為“2”時(shí)，各模塊的輸入信號(hào)來自組合二的信號(hào)，這些信號(hào)分配如表1所示。表1中的母線電壓vsum來自母線電容4的電壓采樣，輸出電壓有效值vi.rms來自有效值計(jì)算單元27的輸出，電感電流il為lc濾波器6中電感l(wèi)的電流采樣信號(hào)，電網(wǎng)電壓vg和輸出電壓vi來自負(fù)載/電網(wǎng)7處的電壓采樣信號(hào)。

表1輸入信號(hào)不同組合的信號(hào)分配