[发明专利]一种提高直流电压利用率的三相四桥臂逆变器控制方法

说明书

本发明揭示了一种三相四桥臂逆变器的控制方法，在三相双闭环控制的基础上，将三相电压环输出信号相加作为中线桥臂零序电流基准信号，并将三相桥臂电流反馈信号相加作为中线桥臂零序电流反馈信号，将两者比较经过PID运算环节，构成中线桥臂零序分量补偿信号。之后通过三次谐波信号分别叠加到三相双闭环输出信号与中线桥臂零序分量补偿信号中，以提升逆变器在平衡与不平衡负载下的直流电压利用率。最终分别经过SPWM调制单元生成开关控制脉冲。应用本发明所提出的控制方法，能够采用模拟电路实现，并提升三相中频逆变器的控制性能，且具备与基于数字控制的三维空间矢量控制相同的直流电压利用率，省却了中线电流反馈环节，简化了电路结构，降低了成本。

技术领域

本发明涉及的是一种基于三相控制信号合成的四桥臂逆变器中线桥臂无电流反馈控制方法，属于电能变换装置的控制方法领域。

背景技术

中频逆变电源(通常指400Hz)因其可以有效减小静止电磁设备铁心的体积、重量，广泛应用于航空、舰船等对功率密度指标较为敏感的领域。伴随着飞行器与舰船的多电与全电化，中频逆变电源的功率等级也不断提高，三相中频逆变电源也随之大量应用在航空、舰船供电系统中。此外，出于上述场合配电方式的特殊需求，往往采用三相四线制拓扑。三相四线制拓扑最为常用的有三相三桥臂带中点形成变压器方式，但是该方式因为中频变压器体积重量较大，不利于提高功率密度。也可以采用三个单相组合的方式，但是组合方法器件数量较多，导致主电路、驱动与控制电路复杂，成本较高且可靠性也随之降低。三相四桥臂拓扑三相三桥臂拓扑基础上通过增加中线桥臂，既可为不平衡负载提供零序成分通路，也可以实现三相解耦与独立控制，在航空、舰船三相中频供电场合具有很高的应用价值，但是因为其多了一组中线桥臂，也使其电路模型与控制策略变得更为复杂。

相较于工频逆变器，中频逆变器(以400Hz为例)的一个基波周期内输出脉冲数是其(50Hz)1/8，在同样开关频率下，每个基波周期中的开关次数随之成倍降低，因此数字控制中的采样延时等问题严重影响了控制器的设计带宽，从而对变换器控制策略的动、稳态性能构成很大影响，并且该问题也限制了逆变器开关频率的提升，不利于提高舰船、航空逆变器的功率密度。因此在上述领域多采用模拟控制方法实现的SPWM控制方式，而模拟控制方法需要大量的模拟器件搭建，同时限制了控制策略设计的灵活性，因此很有必要开发基于模拟控制技术的三相四桥臂逆变器高性能控制策略，并尽量减小控制策略中对器件数量的依赖以简化电路节约成本。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种提高直流电压利用率的三相四桥臂逆变器的控制方法，解决简化电路结构、降低控制方法的成本优化问题。

本发明实现上述目的的技术解决方案是，一种三相四桥臂逆变器的控制方法，其特征在于：在所述逆变器中设置三相控制信号合成模块和中线桥臂无电流反馈控制模块，通过三相控制信号合成模块利用三相双闭环电路输出的控制信号合成包含三次谐波信号与中线桥臂零序补偿分量的控制信号；并通过中线桥臂无电流反馈控制模块生成中线桥臂的控制脉冲信号。

进一步地，所述三相控制信号合成包含：利用三相双闭环控制模块生成三相桥臂开关管的三组控制信号；利用三次谐波生成模块合成三相双闭环控制模块生成的三组控制信号为三次谐波信号；利用中线桥臂零序分量补偿生成模块合成三相双闭环控制模块生成的三组控制信号为中线桥臂零序分量补偿信号。

更进一步地，三相双闭环控制模块生成三组控制信号的方法为，基于三相输出电压及其基准值经过PID运算得到三相电压环输出控制信号，再结合三相电感的电流瞬时反馈信号经过PID运算得到三相电流环输出控制信号。

更进一步地，三次谐波信号的合成方法为，实时将三组控制信号中的最大值与最小值相加并通过加成系数0.5得积。