一種基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)亩蚊}動(dòng)功率解耦閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)亩蚊}動(dòng)功率解禪閉環(huán)控制方法。
【背景技術(shù)】
[000引單相AC/DC變換器，如LED燈驅(qū)動(dòng)、單相不間斷電源和單相V2G充電裝置等，在電 力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。二次脈動(dòng)功率是單相變換器的固有問(wèn)題，造成直流側(cè)電壓或電流的低 頻脈動(dòng)，帶來(lái)不期望的危害，例如，造成L邸燈低頻閃爍、降低蓄電池的使用壽命W及降低 入網(wǎng)側(cè)電流質(zhì)量。
[000引對(duì)于單相電流型AC/DC變換器，為了緩沖系統(tǒng)中固有的二次脈動(dòng)功率，一種簡(jiǎn)單 的方法是大大增加中間直流側(cè)濾波電感的容量。但該種方法稱(chēng)為無(wú)源解禪方法，它的優(yōu)點(diǎn) 是簡(jiǎn)單易操作，缺點(diǎn)是增加了系統(tǒng)的成本、降低了系統(tǒng)的功率密度、不利于裝置的模塊化設(shè) 計(jì)。
[0004] 有源解禪方法是一種利用額外的開(kāi)關(guān)裝置將二次脈動(dòng)功率轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能原件來(lái)進(jìn) 行緩存的二次脈動(dòng)功率處理方法。該種方法將二次脈動(dòng)功率從主電路中提取出來(lái)，避免了 二次脈動(dòng)功率對(duì)主電路的不利影響；并且，由于解禪電容所允許的電壓波動(dòng)范圍大，解禪電 容的選取可W是容值較小的薄膜電容。相對(duì)于無(wú)源解禪方法，有源解禪方法成本較低，并且 有利于減小系統(tǒng)的體積和重量；因此得到了廣泛的關(guān)注和研究。針對(duì)電流型變換器，常見(jiàn)的 有源解禪方法的思路是，增加一個(gè)額外的橋臂和一個(gè)解禪電容，并與整流/逆變電路復(fù)用 一個(gè)橋臂來(lái)實(shí)現(xiàn)二次脈動(dòng)功率緩沖。該類(lèi)解禪方法需要與整流/逆變電路復(fù)用開(kāi)關(guān)，甚至 濾波電容；該使得系統(tǒng)的調(diào)制變得復(fù)雜，且運(yùn)行約束大大增加。另一個(gè)缺點(diǎn)是控制通常采用 解禪電容電壓參考法，該種方法，一是參數(shù)依賴(lài)性強(qiáng)，使得解禪電容電壓的精確參考不易實(shí) 現(xiàn)，影響解禪效果；二是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)解禪效果的閉環(huán)控制，使得解禪控制魯椿性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)亩蚊}動(dòng)功率解禪閉環(huán) 控制方法，解決了單相電流型變換器中的二次脈動(dòng)功率的閉環(huán)控制問(wèn)題，保證了二次脈動(dòng) 功率的完全吸收，提高了解禪控制的魯椿性。
[0006] 一種基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)亩蚊}動(dòng)功率解禪閉環(huán)控制方法，其特征在于，按照W下步 驟對(duì)變換器的直流側(cè)電流和解禪電容C1的電壓U。進(jìn)行控制：
[0007] 步驟1 ;采集3路信號(hào)，分別是交流側(cè)輸入電壓IV直流側(cè)電流及解禪電容C1 的電壓U。，對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后傳遞給DSP處理器；
[000引步驟2 ;對(duì)采集的直流側(cè)電流id。和解禪電容C1的電壓U進(jìn)行判斷，若信號(hào)值超 過(guò)功率器件、電感或電容的額定電壓或電流值，則進(jìn)入PWM信號(hào)封鎖，否則進(jìn)入步驟3 ;所述 PWM信號(hào)封鎖是指所有開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)信號(hào)給0,使其處于關(guān)斷狀態(tài)；
[0009] 步驟3 ;利用電壓鎖相環(huán)獲取交流側(cè)輸入電壓Ug的相角信息《t;
[0010] 步驟4 ;利用PI控制器對(duì)直流側(cè)電流id。進(jìn)行閉環(huán)控制，其中，直流側(cè)參考電流?。?為給定值，直流側(cè)電流的采樣值id。為反饋量；
[0011] 步驟5 ;利用PI控制器對(duì)解禪電容C1的電壓平均值U。re進(jìn)行閉環(huán)控制，其中，解 禪電容C1的電壓平均值參考為給定值，解禪電容C1的電壓的采樣值U。作為反饋量；
[0012] 步驟6;利用DSP處理器計(jì)算開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比，通過(guò)載波調(diào)制方法和PWM產(chǎn)生電 路產(chǎn)生PWM信號(hào)，將該信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路W控制開(kāi)關(guān)管的通斷；使得單相電流型變換器 的直流側(cè)電流的實(shí)際值ijl蹤其給定值4、解禪電容C1的實(shí)際電壓平均值U。,。,跟蹤上 其給定值的_^。
[0013] 其中，所述步驟4具體包括如下步驟：
[0014] 將直流側(cè)電流的參考值C與采樣得到的直流側(cè)電流值id義差作為PI控制器的輸 入，PI控制器的輸出與輸入電流幅值前饋量0. 5VICOS(2?t)/id。之和作為解禪電容C1串 聯(lián)接入電路中的等效電壓指令值UAtuf，其表達(dá)式如下：
[0015]
[0016] 其中，V是交流側(cè)輸入電壓的幅值，I是交流側(cè)輸入電流的幅值，kpi為比例控制系 數(shù)，k。為積分控制系數(shù)，誤差ei(S)為直流側(cè)電流的參考值id。ref與直流側(cè)電流值id義差， 。W為反拉普拉斯算子，將作為簡(jiǎn)化的H橋中開(kāi)關(guān)信號(hào)占空比計(jì)算的輸入之一。
[0017] 其中，所述步驟5具體包括如下步驟：
[001引將解禪電容C1的電壓采樣值經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器后得到其平均值U。,。,，將參考 值與該平均值做差，其結(jié)果作為PI控制器的輸入，PI控制器的輸出作為輸入電流參考 的幅值信號(hào)，通過(guò)將此幅值信號(hào)乘W輸入電壓相位信號(hào)的余弦值后作為輸入?yún)⒖茧娏鱥g_ref? 其表達(dá)式如下：
[0019]
[0020] 其中，U。,。,是解禪電容電壓的平均值，U。是解禪電容電壓采樣值，kp2為比例控制 系數(shù)，k。為積分控制系數(shù)，T是低通濾波器時(shí)間常數(shù)。
[0021] 有益效果：
[0022] 本發(fā)明提出了一種基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)亩蚊}動(dòng)功率解禪閉環(huán)控制方法，該方法將直 流電流的波動(dòng)情況實(shí)時(shí)反饋給了解禪電路，進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)校正，能夠保證二次脈動(dòng)功率的 完全吸收；并且，系統(tǒng)的控制不再依賴(lài)系統(tǒng)參數(shù)，抗干擾能力強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1本發(fā)明實(shí)施例變換器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖2本發(fā)明實(shí)施例控制系統(tǒng)DSP控制框圖；
[0025] 圖3本發(fā)明實(shí)施例控制系統(tǒng)的控制算法框圖；
[0026] 圖4本發(fā)明實(shí)施例控制算法流程圖；
[0027] 圖5本發(fā)明實(shí)施例控制系統(tǒng)所采用的載波調(diào)制方式示意圖；
[002引圖6本發(fā)明實(shí)施例控制算法不工作與正常工作時(shí)的實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖；
[0029] 圖7分別采用解禪電容電壓參考法和本發(fā)明實(shí)施例提出的閉環(huán)控制方法時(shí)直流 電流頻譜分析對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下：
[0031] 如圖1所示，一種具有二次功率解禪的單相電流型變換器，包括網(wǎng)側(cè)變壓器1、網(wǎng) 側(cè)濾波器2、H橋電路3及功率解禪電路4;網(wǎng)側(cè)變壓器1與電網(wǎng)相連，功率解禪電路4通過(guò) 電感L15與直流負(fù)載相連；所述網(wǎng)側(cè)濾波器2包括濾波電感L2和濾波電容C2;濾波電感L2 與網(wǎng)側(cè)變壓器1的原邊串聯(lián)。
[0032] 圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)DSP控制框圖，圖2中主電路包括具有二次功率解禪功能 的單相電流型變換器，控制電路包括控制器7、驅(qū)動(dòng)電路8、及相應(yīng)的采樣調(diào)理電路6;網(wǎng)側(cè) 濾波器2的右端和網(wǎng)側(cè)變壓器1相連，最后接入220V交流電網(wǎng)中。
[0033] 采樣調(diào)理電路6的右邊部分采樣電路負(fù)責(zé)網(wǎng)側(cè)變壓器1副方向電壓的采樣和調(diào) 理，采樣調(diào)理電路6的左邊部分采樣電路負(fù)責(zé)直流母線(xiàn)電流W及解禪電路中的解禪電容C1 的電壓的采樣和調(diào)理。控制器7負(fù)責(zé)計(jì)算和調(diào)制等重要工作，并把各PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞給 驅(qū)動(dòng)電路8,從而達(dá)到控制各開(kāi)關(guān)的目的。
[0034] 網(wǎng)側(cè)濾波器2為二階LC低通濾波器，其作用是；一、濾除開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)紋波 電流；二、在一定程度上阻止來(lái)自電網(wǎng)的電壓諧波對(duì)變換器的影響。如圖3所示為本發(fā)明的 控制系統(tǒng)的控制算法框圖，本發(fā)明中變換器部分的調(diào)制采用常規(guī)的間接電流調(diào)制方法。
[0035]假設(shè)交流側(cè)輸入電壓Ug為：
[0036]Ug=Vcos(w1:) (1)
[0037] 其中《為電網(wǎng)電壓角頻率，V為交流側(cè)輸入電壓的幅值。
[003引若系統(tǒng)單位功率因數(shù)運(yùn)行，則交流側(cè)輸入電流ig為：
[0039] ig=Icos(w1:) 似
[0040] 式中I為電流幅值大小。此時(shí)變換器交流側(cè)輸入功率PJ尋由兩部分組成；平均功 率P和二次脈動(dòng)功率戶(hù)：
[0041]
(3)
[0042] 直流側(cè)功率由兩部分組成，一部分為負(fù)載吸收的功率，另一部分為解禪電容吸收 的功率。直流側(cè)功率可表示為：
[00創(chuàng) P化=Udcidc+UABidc (4)
[0044] 其中Ud。是負(fù)載兩端的電壓，id。為直流負(fù)載的電流，Uab為穩(wěn)態(tài)時(shí)解禪電容串聯(lián)接 入電路中的等效電壓。
[0045] 若忽略