[发明专利]用以减小总谐波失真和输出电压不平衡的AC源逆变器的控制

说明书

本申请提供用于控制在基频下提供多相输出的DC‑AC逆变器的系统和方法。更具体地说，同步参考框架控制方案可用以调节DC‑AC逆变器从而在DC‑AC逆变器所关注的各个频率下减小误差。根据本公开的特定实例方面，所述同步参考框架控制方案可包括控制结构以提供负序和零序电流的减小，从而导致减小的总谐波失真和所述逆变器的输出电压的电压不平衡。

技术领域

本公开主题大体上涉及功率转换器，且更具体地说，涉及用于控制功率转换器的系统和方法。

背景技术

DC-AC逆变器可用于从DC电源产生多相输出。举例来说，DC-AC逆变器可在航空应用中用以从DC电源在约400Hz的基频下产生三相AC输出。DC-AC逆变器可包括多个桥接电路，其包括使用脉宽调制技术控制以将DC输入转换为例如三相输出的半导体切换元件(例如IGBT、SiC晶体管等等)。所述逆变器可另外通过添加额外桥接电路以形成所述逆变器的中线支路而提供中线输出。所述DC-AC逆变器可用于通过将负荷连接到所述逆变器的输出相位和中线输出中的一个而为单相负荷供电。

由多相DC-AC逆变器为单相负荷供电可导致逆变器的不平衡负荷。不平衡负荷可导致通过逆变器产生负序和零序电流。这些电流可在逆变器的输出电压中产生相同负序和零序分量。另外，六脉冲逆变器可在例如基频的负五次谐波和七次谐波下产生谐波。十二脉冲逆变器可在例如基频的负十一次谐波和十三次谐波下产生谐波。

DC-AC逆变器可使用各种控制方案控制，包括自然框架(abc)控制方案、静止参考框架控制方案或同步参考框架控制方案。在自然框架控制方案中，相同控制结构用于逆变器的每个相位。用于每个相位的控制结构可包括电压控制器和电流控制器。电压控制器可为相对于电流控制器的外部控制环路且可产生用于电流控制器的电流参考。所述电流控制器可产生电压命令，其可用于确定栅极定时信号以用于驱动桥接电路的切换元件。如果逆变器包括中线支路，那么用于中线支路桥接电路的电压命令可为用于逆变器的相位中的每一个的电压命令的平均值。所述中线支路通常并不具有其自身的控制器。

在自然框架控制方案中，控制器基本上以DC操作。因此，所述控制器在DC下具有无限增益且在基频、负序、负五次谐波、正七次谐波和其它所关注谐波下具有有限增益。图1描绘自然框架控制器的增益的图形表示50。图1标绘沿着横轴的频率和沿着纵轴的增益。如图1中所示，控制器可减小基频、负序、负五次谐波、正七次谐波等等的幅值。然而，由于控制器在这些频率下并不具有无限增益，因此所述控制器并不排除这些分量。因此，无论在输出电压中保留这些分量中的哪些分量都可导致总谐波失真的增大和逆变器的输出电压的电压不平衡。

同步参考框架控制方案可基于d-q变换(例如，使用帕克变换执行)而操作，所述d-q变换将输出电压和电流波形变换成与输出电压同步旋转的参考框架。多个同步参考框架控制器可包括多个控制结构以在所关注频率(例如，基频的基谐、-11、-5、+7和+13)中的每一个下引入无限增益。

然而，同步参考框架控制方案的条件为用于每个所关注频率的控制结构中的控制器具有在0dB以下彼此交叉的增益。因此，可限制同步参考框架控制方案中使用的每个控制器的带宽，从而在每个控制器的控制行动中产生间隙。图2描绘已知同步参考框架控制方案的各种电流和电压控制器在所关注频率中的每一个下的增益的图形表示60。图2标绘沿着横轴的频率和沿着纵轴的增益。实线表示与电流控制器相关的增益。虚线表示与电压控制器相关的增益。如所展示，同步参考框架控制方案可在基频以及所关注选定频率下提供无限增益。然而，归因于控制器的有限带宽，仍然需要通过用于减小基频的控制结构而执行负序衰减(例如，在-1频率下)。因此，控制结构并不为负序提供无限增益。