[发明专利]一种高开关频率逆变器的低控制频率控制方法

说明书

本发明公开一种高开关频率逆变器的低控制频率控制方法，在一个控制周期的每个开关周期都对高频逆变器输出的电压矢量在静止坐标系下的角度进行转动，转动角度为一个开关周期内dq旋转坐标系转过的角度，并对输出电压矢量的角度进行补偿，补偿角度为半个开关周期内dq旋转坐标系转过的角度；每个开关周期中都计算下一个开关周期在ABC静止坐标系下的电压参考矢量，从而补偿PWM波生成器的延迟一拍特性。此种控制方法充分发挥了高开关频率的优势，可以提高逆变器输出电压矢量与参考电压矢量的接近程度，提高逆变器输出电流的正弦度，显著提高控制效果。

技术领域

本发明属于逆变器控制领域，特别涉及一种高开关频率逆变器的低控制频率控制方法。

背景技术

得益于高频宽禁带器件——碳化硅(Silicon Carbide，SiC)器件和氮化镓(Gallium Nitride，GaN)器件的发展，现在可以使用高频器件制作高开关频率逆变器(HighSwitching Frequency Inverter，HSFI)来应对一些需要高频驱动的场合以提高控制效果，如使用高开关频率逆变器对高频永磁同步电机(High Frequency Permanent MagnetSynchronous Motor，HFPMSM)进行控制可以显著减小电流纹波。使用宽禁带器件制作的高开关频率逆变器的在中小功率场合可以将开关频率提高至数百千赫兹，远高于使用硅(Silicon，Si)器件制作的普通逆变器。在控制高开关频率逆变器时，使用的控制频率通常难以达到与开关频率一样高，以控制高频永磁同步电机为例，其原因主要有：高频采样困难；控制器的计算资源有限；高频永磁同步电机的控制程序复杂，电流环节需要精确离散化，并通常结合无位置传感器算法、自适应算法以及参数辨识算法等算法。所以，即使高开关频率逆变器的开关频率可以达到数百千赫兹，其控制频率通常只能达到几十千赫兹，这就导致了高开关频率、低控制频率的逆变器控制场合的出现，其主要特点是一个控制周期内包含多个开关周期。

对于上述高开关频率、低控制频率的逆变器控制场合，现有技术不针对高开关频率做特殊处理，其控制方法与开关频率等于控制频率的控制方法相同，只是控制器输出的PWM信号的频率为开关频率。

发明人经研究发现，现有的高开关频率、低控制频率的逆变器控制技术存在如下问题：虽然可以依靠高开关频率减小负载电流纹波，但电压参考值的更新频率仅为控制频率，使得输出电压矢量严重偏移参考电压矢量，导致电流波形严重畸形，没有充分利用高开关频率。

基于以上不足，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种高开关频率逆变器的低控制频率控制方法，该控制方法充分发挥了高开关频率的优势，可以提高逆变器输出电压矢量与参考电压矢量的接近程度，提高逆变器输出电流的正弦度，显著提高控制效果。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高开关频率逆变器的低控制频率控制方法，在一个控制周期的每个开关周期都对高频逆变器输出的电压矢量在静止坐标系下的角度进行补偿，补偿角度为半个开关周期内dq旋转坐标系转过的角度。

每个开关周期中都计算下一个开关周期在ABC静止坐标系下的电压参考矢量，来补偿PWM波生成器的延迟一拍特性；在每个控制周期的最后一个开关周期之前完成控制器控制程序的计算，从而在最后一个开关周期里可以计算下一个控制周期的第1个开关周期的电压参考值；上述特征可表示为，在第k个控制周期的第i个开关周期中PWM波生成器所使用的电压参考向量表达式为

其中设每个控制周期中有q个开关周期，T_iPark(θ)为反Park变换矩阵，θ[k] 为第k个控制周期起始时刻的电机电角度，ω[k]为第k个控制周期起始时刻的电机电角速度，为第k个控制周期内在dq旋转坐标系下的电压参考矢量， T_sw为开关周期。