[发明专利]一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法

摘要

本发明涉及电力电子变换器领域，具体涉及一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制技术。通过功率变换器级联系统中的负载变换器采用移相全桥变换器以及在移相全桥变换器一个桥臂的中点对直流负母线引入一条LC支路的方式，通过特定的闭环控制，调节移相全桥变换器桥臂的占空比，改善直流母线电压的稳定性；本发明可改善功率变换器级联系统直流母线的电压稳定性以及功率变换器级联系统的动态性能，显著降低成本、体积和重量，同时增加整个系统的功率密度和可靠性，提高输出电压的电能质量。

主权项

1.一种功率变换器级联系统直流母线电压的稳定控制方法，其特征在于，包括：(1)规定功率变换器级联系统的电路拓扑结构及控制系统中电子元件名称和对应表示符号为：第一电压传感器VS1、第二电压传感器VS2、第三电压传感器VS3、第一电压控制器Hv1、第二电压控制器Hv2、电流控制器Hc1、高通滤波器Ghp1、高通滤波器Ghp2、低通滤波器Glp1、滤波器Gf；(2)定义功率变换器级联系统控制程序中控制变量和中间变量，其中第一控制变量i_br1、第二控制变量i_br2、第三控制变量δ_d、第四控制变量u_c2、第五控制变量u_c4以及第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号为控制变量；LC支路电容C_b两端的实际电压u_b、直流母线电压值u_dc、由高通滤波器G_hp1所得结果u_e2、直流母线电压低通分量u_lf1、高通滤波器G_hp1的转折频率ω_p1、LC支路实际电流值i_b、最终的移相全桥变换器桥臂占空比调制信号u_c1、移相全桥变换器桥臂占空比d、移相全桥变换器的输出电压给定值u_or、移相全桥变换器的输出电压u_o、由滤波器G_f所得结果u_e4、直流母线电压低通分量u_lf2和高通滤波器G_hp2的转折频率ω_p2为中间变量；另外，C_b为LC支路电容、u_br为LC支路电容C_b的给定电压值、比例系数C_v1为第一部分等效电容容量值、比例系数C_v2为第二部分等效电容容量值、V_m为锯齿载波或三角载波的幅值、R为直流负载电流对应的等效电阻以及N为变压器副边对原边的匝数比；(3)通过功率变换器级联系统上电初始阶段软件和硬件初始化，将以下控制变量以及中间变量设置为零初值，即：i_br1＝0，δ_d＝0，u_c1＝0，u_e2＝0，i_br2＝0，u_e2＝0，u_lf1＝0，u_c2＝0，u_e4＝0，u_lf2＝0，u_c4＝0，(4)通过将LC支路电容Cb的给定的电压值ubr与第一电压传感器VS1采样得到实际的Cb两端电压值ub之差ubr‑ub送入第一电压控制器Hv1进行运算，产生第一控制信号ibr1；(5)通过将第二电压传感器VS2采样得到直流母线电压值udc经过一个在需补偿频段具有微分特性的高通滤波器Ghp1后，得到结果ue2；该结果ue2同时乘以比例系数Cv1、通过低通滤波器Glp1获得的直流母线电压低通分量ulf1和高通滤波器Ghp1的转折频率ωp1，得到的乘积结果除以LC支路电容Cb的实际电压ub后获得第二控制信号ibr2；(6)通过将第一控制信号ibr1和第二控制信号ibr2叠加形成的ibr1+ibr2设置为最终的LC支路电流控制器给定值，将该值与LC支路实际电流值ib之差ibr1+ibr2‑ib送入电流控制器Hc1进行运算，产生第三控制信号δd；将第三控制信号δd与0.5Vm相叠加，获得最终的移相全桥变换器桥臂占空比调制信号uc1；该占空比调制信号uc1经环节1/Vm后得到移相全桥变换器桥臂占空比d；(7)通过执行移相全桥变换器本身输出电压闭环控制程序，将移相全桥变换器输出给定值uor与由第三电压传感器VS3获得的输出电压实际值uo之差uor‑uo送入第二电压控制器Hv2进行运算，产生第四控制信号uc2；(8)通过将直流母线电压实际采样值经过在需补偿频段具有微分特性的滤波器G_f后得到结果u_e4；该结果u_e4同时乘以比例系数C_v2、通过低通滤波器G_lp2获得的直流母线电压低通分量u_lf2、高通滤波器G_hp2的转折频率ω_p2、和得到乘积第五控制变量u_c4；将此控制变量u_c4作为移相全桥变换器输出电压闭环控制器输出的修正量，将第四控制信号u_c2和第五控制信号u_c4叠加的结果u_c2+u_c4设置为第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号(9)通过将得到的移相全桥变换器桥臂占空比信号d以及第一桥臂leg1和第二桥臂leg2之间的移相角信号送入控制系统CPU中，实现移相全桥变换器桥臂占空比信号d和脉冲相位控制的DCPC环节，产生驱动桥臂开关管S₁、S₂、S₃、S₄的驱动脉冲信号d_s1、d_s2、d_s3、d_s4；其中d_s1与d_s3互补，d_s2与d_s4互补，d_s1超前d_s2的相位为d_s3超前d_s4的相位为(10)在没有得到停机指令的情况下重复执行(4)～(9)步骤，否则退出运行状态。