[发明专利]一种四阶电压型逆变器的拓扑电路及其控制方法

说明书

一种四阶电压型逆变器的拓扑电路及其控制方法，拓扑电路包括由输入端至输出端依次连接的输入电路、逆变电路和输出电路。所述的输入电路包括第一开关器件Q5、第二开关器件Q6、第一二极管D5、第二二极管D6、第一电感L3、第二电感L4和第一电容C3；通过对UPS常用的逆变电路进行改进，使得逆变电路输出波形更加稳定，且谐波含量降低，降低了开关损耗；同时采用基于状态空间模型的控制方法对逆变电路进行控制，收敛速度快，误差小，鲁棒性强，对工程实践具有积极的指导意义。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，特别涉及一种四阶电压型逆变器的拓扑电路及其控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，人们对电源品质和安全性的要求越来越高。因此迫切需要寻求一种可靠的电力电子处理设备。电压型逆变器作为直流端和实用端之间的电源调制器，可以将直流电转变为交流电，并为输出端提供理想的输出电压和频率。高阶电压型逆变器响应快速，控制精准，在工业领域应用广泛。

随着UPS技术的发展，人们对逆变电路的性能和稳定性要求越来越高。这就亟需寻求一种逆变效率高、输出波形稳定的新型逆变电路及逆变设备。

逆变器性能主要体现在稳态性能上，且现有采用传统控制方法进行了控制策略。但方法存在抗扰性能差，输出电压谐波失真明显等缺点，而滑模变结构控制因鲁棒性强、易于实现、对参数变化及外部扰动不灵敏等优点，被广泛应用于电机等各类工程系统中。

高阶电压型逆变器响应快速，控制精准，在工业领域应用广泛。逆变器稳态性能是应用成功之关键，其控制策略是研究重点。针对UPS电源常用到的四阶电压型逆变器电路系统建立状态空间模型；并提出一种新型的滑模变结构控制策略：PID控制方法。这种控制方法具有优良的控制性能，如收敛速度快，误差小，鲁棒性强，对工程实践具有积极的指导意义。

发明内容

为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供一种四阶电压型逆变器的拓扑电路及其控制方法，通过对UPS常用的逆变电路进行改进，使得逆变电路输出波形更加稳定，且谐波含量降低，此外该系统降低了开关损耗；同时采用基于状态空间模型的控制方法对逆变电路进行控制，收敛速度快，误差小，鲁棒性强，对工程实践具有积极的指导意义。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种四阶电压型逆变器的拓扑电路，包括由输入端至输出端依次连接的输入电路、逆变电路和输出电路。

所述的输入电路包括第一开关器件Q5、第二开关器件Q6、第一二极管D5、第二二极管D6、第一电感L3、第二电感L4和第一电容C3；第一开关器件Q5的发射极与直流输入负端连接，集电极分成两路，一路串联第一电感L3后连接至直流输入正端，另一路串联第一二极管D5后为输入电路的负极输出端；第二开关器件Q6的发射极与直流输入负端连接，集电极分成两路，一路串联第二电感L4后连接至直流输入正端，另一路串联第二二极管D6后同为输入电路的负极输出端；直流输入正端直接为输入电路的正极输出端；第一电容C3连接在输入电路的正极输出端与输入电路的负极输出端之间。

所述的逆变电路为由第三开关器件Q1、第四开关器件Q2、第五开关器件Q3、第三开关器件Q4构成的桥式逆变电路。

所述的输出电路由多个依次连接的LC电路构成。

所述的第一开关器件Q5、第二开关器件Q6为全控或半控型开关器件中的一种，包括晶闸管、场效应管以及IGBT。

一种四阶电压型逆变器的控制方法，包括如下：

步骤1：设系统的状态空间表达式为

式中，A为状态矩阵，B为输入矩阵。

步骤2：取状态向量：