[发明专利]带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子逆变技术，尤其是涉及一种带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制方法及系统。

背景技术

逆变技术是电力电子技术中最重要的变流技术之一，主要应用于各种逆变器、变频器、UPS、电力系统的无功补偿、电力有源滤波器等，应用非常广泛。目前，主流的逆变控制方法主要有脉冲宽度调制法、滞环比较法、模型预测控制法等。逆变器模型预测控制算法将模型预测理论应用于逆变器控制的优化控制算法，它具有模型预测控制算法的一般特征，如基于预测模型、求解性能优化函数等。有限集模型预测控制FCS-MPC(Finite Control Set Model Predictive Control)方法是逆变器模型预测控制方法最为重要而且易于实现的方法之一。FCS-MPC算法充分利用数字系统离散化的特点，使得模型预测控制方法在SoC芯片就能实现，具有算法简单、响应速度快等优点。相比于目前逆变控制方法应用中占统治地位的PWM调制方法，FCS-MPC控制方法是一种全新的方法，并越来越受到学者的关注，可能使逆变器的性能再上一个新的台阶。

在逆变器的控制过程中，为防止功率开关器件烧毁，逆变桥每一次开关切换都必须插入死区开关状态。死区开关状态会影响逆变控制精度，引起较大的谐波，带来振动和噪声。目前针对死区的研究基本都局限于通过死区开关状态补偿的方法来减少其带来的不利后果。但公告号为CN104779830A的专利对此问题给出了一种全新的解决思路和控制方法：即利用桥臂在开关切换时会形成自然换流的特点，将死区开关状态等效为死区状态等效电压矢量(为基本电压矢量中的一个)进行分析控制，将死区开关状态和死区时间进行了动态控制，实现单矢量变为双矢量的跟踪控制，从而将原本不利的死区开关状态转变为提高逆变控制精度的积极有利因素，由原来被动插入死区开关状态转变为积极主动插入死区状态实现更高的控制精度。从这个角度来说，这种控制方法下的死区开关状态已经不是传统意义上的死区，广义上可以认为是无死区的逆变控制方法。

由于感性负载的存在，在开关切换中插入死区开关状态时，会引起二极管的自然换流，正是由于自然换流状态的存在，死区开关状态才能等效为新的电压矢量。但是当电流在零点附近时，由于续流电流较小或为零，开关管的续流二极管会由导通状态切换为关断状态或者直接处于关断状态，自然换流过程停止，此时死区开关状态不能等效为相应的等效电压矢量，系统模型发生改变，如果还按照死区时间可变的逆变控制策略，在电流过零点区域，系统模型的变化会导致控制算法出现较大的误差，影响控制精度。

发明内容

本发明的目的在于针对死区时间可变的逆变控制方法在各桥臂电流过零附近时，由于系统模型的变化引起的控制误差等问题，提供一种可有效解决上述问题，并提高控制效果的带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制系统。

本发明的目的在于提供一种带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制方法。

所述带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制系统设有逆变器主电路、等效负载、电流检测模块、电流过零区域检测模块、过零区域阀值设定模块、主控制器模块和功率开关管驱动电路；

所述逆变器主电路设有稳压电容和开关管，逆变器主电路的输入端与电压源相连，逆变器主电路的输出端通过导线与等效负载的前端相连；

所述等效负载包括电感、电阻和反电动势，等效负载的后端通过导线与电流检测模块相连；

所述电流检测模块采用电流传感器，电流检测模块用于实现逆变器各相输出电流快速采集和检测，电流检测模块的输出端与电流过零区域检测模块和主控制器模块连接；

所述电流过零区域检测模块的输出端接主控制器模块，电流过零区域检测模块的输入端与过零区域阀值设定模块相连；

所述过零区域阀值设定模块设有电流运算器、电流阀值比较电路、逻辑组合电路；电流运算器的输入端接电流检测模块的输出端，电流运算器的输出端接电流阀值比较电路输入端，电流阀值比较电路输出端接电流过零区域检测模块的输入端；

所述主控制器模块设有算法运算器、逻辑保护电路、电源电路；算法运算器用于运行带电流过零区域控制的死区时间可变的逆变控制算法，然后输出到逆变桥的驱动电路，控制功率开关管切换，从而实现参考信号的跟踪控制，逻辑保护电路用于硬件级别的过流过压保护；

所述功率开关管驱动电路用于将整体控制信号输出到逆变器主电路的各个开关管控制端，功率开关管驱动电路设有组合逻辑电路、光耦隔离电路、逆变桥功率开关管驱动电路、电源电路。