CN102780387B - 一种逆变器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种逆变器的控制方法。本发明在传统逆变器基本控制环节上，增加三、五和七次谐波电压控制。检测单相逆变器输出电压的零序分量和谐波分量，分别以零序电压和谐波电压为a相，构造对应的b、c两相，从而构成对称三相分量，经3、-5和7倍角频率的旋转坐标变换和低通滤波器将输出电压的三、五、七次谐波变换为对应旋转坐标系下的直流量，经调节器将变换的直流量控制为零，调节器的输出经对应角频率的反旋转坐标变换转换为交流量，作为各次谐波补偿量叠加在基本控制单元输出的调制信号上，来抑制输出电压的三、五、七次等低次谐波。本发明适用于单相逆变器和三相独立控制的逆变器，能实现各类负载下逆变器输出电压低次谐波的无差控制。

Description

一种逆变器的控制方法

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，涉及一种逆变器输出电压低次谐波抑制，实现各类负载（尤其是非线性负载）下低THD的控制技术，具体涉及一种逆变器的控制方法。

背景技术

传统逆变器一般采用电压有效值环、电压瞬时值环和电流瞬时值环三个基本环路控制。图1是单相控制***框图，控制对象由逆变桥1，LC滤波器2和负载3组成。其控制***主要由有效值计算单元4，生成有效值补偿作用量的有效值控制单元5，将有效值补偿量转换为交流补偿量的乘法器6，乘法器6输出作为逆变器的瞬时电压指令，经控制单元7产生电感电流指令，控制单元8输出作为脉宽调制器9的输入，脉宽调制器9的输出驱动逆变器的开关管。

阻性负载下，上述控制方法能获得良好的控制效果。但是在非线性负载下，由于受***电压控制环的增益等因素所限，输出电压的波峰和波谷将被削平，三次、五次和七次谐波含量较大，严重影响输出电压的THD。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种逆变器的控制方法，来解决在非线性负载下逆变器输出电压波形畸变严重的问题，解决非线性负载对逆变输出电压的影响，提供较高精度和低THD的输出电压。

本发明采用的技术方案是：

本发明方法实现基于的逆变器控制***包括主电路和控制电路。

主电路包括逆变桥、LC滤波器、负载，且逆变桥、LC滤波器、负载依次串联；

控制电路包括传统控制模块、三次电压谐波控制模块、五次电压谐波控制模块和七次电压谐波控制模块；

传统控制模块包括有效值计算单元、有效值控制单元、乘法器、第一控制单元、第二控制单元、加法器、脉宽调制器；有效值计算单元的输入端与负载相连接，输出端与有效值控制单元的输入端相连接，有效值控制单元的输出端与乘法器的输入端相连接，乘法器的输出端与第一控制单元的输入端相连接，第一控制单元的输出端与第二控制单元的输入端相连接，第二控制单元的输出端与加法器的输入端相连接，加法器的输出端与脉宽调制器的输入端相连接；

三次电压谐波控制模块包括零序电压提取单元、第一三相对称分量构造单元、第一旋转坐标变换单元、第一低通滤波器、三次电压谐波控制单元、第一反旋转坐标变换单元；零序电压提取单元的输入端接负载，输出端接第一三相对称分量构造单元的输入端，第一三相对称分量构造单元的输出端与第一旋转坐标变换单元的输入端相连接，第一旋转坐标变换单元的输出端与第一低通滤波器的输入端相连接，第一低通滤波器的输出端与三次电压谐波控制单元的输入端相连接，三次电压谐波控制单元的输出端与第一反旋转坐标变换单元的输入端相连接，第一反旋转坐标变换单元的输出端与加法器的输入端相连接；

五次电压谐波控制模块包括谐波电压提取单元、第二三相对称分量构造单元、第二旋转坐标变换单元、第二低通滤波器、五次电压谐波控制单元、第二反旋转坐标变换单元；谐波电压提取单元的输入端接负载，输出端接第二三相对称分量构造单元的输入端，第二三相对称分量构造单元的第一输出端与第二旋转坐标变换单元的输入端相连接，第二旋转坐标变换单元的输出端与第二低通滤波器的输入端相连接，第二低通滤波器的输出端与五次电压谐波控制单元的输入端相连接，五次电压谐波控制单元的输出端与第二反旋转坐标变换单元的输入端相连接；第二反旋转坐标变换单元的输出端与加法器的输入端相连接；

七次电压谐波控制模块包括谐波电压提取单元、第二三相对称分量构造单元、第三旋转坐标变换单元、第三低通滤波器、七次电压谐波控制单元、第三反旋转坐标变换单元；第二三相对称分量构造单元的第二输出端与第三旋转坐标变换单元的输入端相连接，第三旋转坐标变换单元的输出端与第三低通滤波器的输入端相连接，第三低通滤波器的输出端与七次电压谐波控制单元的输入端相连接，七次电压谐波控制单元的输出端与第三反旋转坐标变换单元的输入端相连接，第三反旋转坐标变换单元的输出端与加法器的输入端相连接。

所述的谐波电压提取单元、第二三相对称分量构造单元为五次电压谐波控制模块和七次电压谐波控制模块共用单元。

本发明控制方法，具体操作步骤如下：

三次电压谐波控制模块中的零序电压提取单元提取逆变输出的零序电压，然后将零序电压输入至第一三相对称分量构造单元，构造零序电压的三相对称分量 、和，第一旋转坐标变换单元和第一低通滤波器将三相对称分量、和转换成d、q坐标系下直流量和，三次电压谐波控制单元将直流量和控制为0，并输出三次谐波补偿量、；补偿量、在第一反旋转坐标变换单元中反变换为交流量，然后将交流量输送至加法器；

五次电压谐波控制模块中谐波电压提取单元提取逆变输出的谐波电压，然后将谐波电压输入至第二三相对称分量构造单元，构造谐波电压的三相对称分量、和，第二旋转坐标变换单元和第二低通滤波器将三相对称分量、和转换成d、q坐标系下直流量和，五次电压谐波控制单元将直流量和控制为0，并输出五次谐波补偿量、；补偿量、在第二反旋转坐标变换单元中反变换为交流量，然后将交流量输送至加法器；

七次电压谐波控制模块中，第三旋转坐标变换单元和第三低通滤波器将第二三相对称分量构造单元输出的谐波电压三相对称分量、和转换成d、q坐标系下直流量和，七次电压谐波控制单元将直流量和控制为0，并输出七次谐波补偿量、；补偿量、在第三反旋转坐标变换单元中反变换为交流量，然后将交流量输送至加法器；

加法器将三次谐波补偿量、五次谐波补偿量、七次谐波补偿量叠加后作为调制信号输出至脉宽调制器，脉宽调制器的输出信号驱动逆变器。

本发明有益效果如下：

本发明提供的一种逆变器的控制方法，可分别应用于单相和三相独立控制的逆变器。在传统逆变器控制方案的基础上，通过对三次、五次和七次等低次电压谐波的控制，为负载提供高质量的电压波形。按照本发明提供的逆变器输出电压控制方案还可以针对六次、九次和十一次等谐波经行抑制，该方案具有对逆变器低次谐波的无差控制、设计独立等优点。

附图说明

图1是单相逆变器传统控制***示意图。

图2是本发明的单相逆变器控制方法示意图。

图3是本发明的零序电压提取及其三相对称分量构造示意图。

图4是本发明的谐波电压提取及其三相对称分量构造示意图。

其中，逆变桥1、LC滤波器2、负载3、有效值计算单元4、有效值控制单元5、乘法器6、第一控制单元7、第二控制单元8、脉宽调制器9、零序电压提取单元10、第一三相对称分量构造单元11、第一旋转坐标变换单元12、第一低通滤波器13、三次电压谐波控制单元14、第一反旋转坐标变换单元15、谐波电压提取单元16、第二三相对称分量构造单元17、第二旋转坐标变换单元18、第二低通滤波器19、五次电压谐波控制单元20、第二反旋转坐标变换单元21、第三旋转坐标变换单元22、第三低通滤波器23、七次电压谐波控制单元24、第三反旋转坐标变换单元25、加法器26。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，一种逆变器的控制***除了图1中传统逆变器控制***所示的基本环节外，添加了三次、五次和七次电压谐波控制模块。具体包括主电路、控制电路；

主电路包括逆变桥、LC滤波器、负载，且逆变桥、LC滤波器、负载依次串联；

控制电路包括传统控制模块、三次电压谐波控制模块、五次电压谐波控制模块和七次电压谐波控制模块；

传统控制模块包括有效值计算单元、有效值控制单元、乘法器、第一控制单元、第二控制单元、加法器、脉宽调制器；有效值计算单元的输入端与负载相连接，输出端与有效值控制单元的输入端相连接，有效值控制单元的输出端与乘法器的输入端相连接，乘法器的输出端与第一控制单元的输入端相连接，第一控制单元的输出端与第二控制单元的输入端相连接，第二控制单元的输出端与加法器的输入端相连接，加法器的输出端与脉宽调制器的输入端相连接；

三次电压谐波控制模块包括零序电压提取单元、第一三相对称分量构造单元、第一旋转坐标变换单元、第一低通滤波器、三次电压谐波控制单元、第一反旋转坐标变换单元；零序电压提取单元的输入端接负载，输出端接第一三相对称分量构造单元的输入端，第一三相对称分量构造单元的输出端与第一旋转坐标变换单元的输入端相连接，第一旋转坐标变换单元的输出端与第一低通滤波器的输入端相连接，第一低通滤波器的输出端与三次电压谐波控制单元的输入端相连接，三次电压谐波控制单元的输出端与第一反旋转坐标变换单元的输入端相连接，第一反旋转坐标变换单元的输出端与加法器的输入端相连接；

五次电压谐波控制模块包括谐波电压提取单元、第二三相对称分量构造单元、第二旋转坐标变换单元、第二低通滤波器、五次电压谐波控制单元、第二反旋转坐标变换单元；谐波电压提取单元的输入端接负载，输出端接第二三相对称分量构造单元的输入端，第二三相对称分量构造单元的第一输出端与第二旋转坐标变换单元的输入端相连接，第二旋转坐标变换单元的输出端与第二低通滤波器的输入端相连接，第二低通滤波器的输出端与五次电压谐波控制单元的输入端相连接，五次电压谐波控制单元的输出端与第二反旋转坐标变换单元的输入端相连接；第二反旋转坐标变换单元的输出端与加法器的输入端相连接；

七次电压谐波控制模块包括谐波电压提取单元、第二三相对称分量构造单元、第三旋转坐标变换单元、第三低通滤波器、七次电压谐波控制单元、第三反旋转坐标变换单元；第二三相对称分量构造单元的第二输出端与第三旋转坐标变换单元的输入端相连接，第三旋转坐标变换单元的输出端与第三低通滤波器的输入端相连接，第三低通滤波器的输出端与七次电压谐波控制单元的输入端相连接，七次电压谐波控制单元的输出端与第三反旋转坐标变换单元的输入端相连接，第三反旋转坐标变换单元的输出端与加法器的输入端相连接。

一种逆变器的控制方法，具体操作步骤如下：

三次电压谐波控制模块中的零序电压提取单元提取逆变输出的零序电压，然后将零序电压输入至第一三相对称分量构造单元，构造零序电压的三相对称分量、和，经旋转频率为的第一旋转坐标变换单元和第一低通滤波器将三相对称分量、和 转换成d、q坐标系下直流量和，三次电压谐波控制单元将直流量和控制为0，并输出三次谐波补偿量、；补偿量、在旋转频率的第一反旋转坐标变换单元中反变换为交流量，然后将交流量输送至加法器；

五次电压谐波控制模块中谐波电压提取单元提取逆变输出的谐波电压，然后将谐波电压输入至第二三相对称分量构造单元，构造谐波电压的三相对称分量、和，经旋转频率为的第二旋转坐标变换单元和第二低通滤波器将三相对称分量、和转换成d、q坐标系下直流量和 _，五次电压谐波控制单元将直流量和控制为0，并输出五次谐波补偿量、；补偿量、在旋转频率的第二反旋转变换单元中反变换为交流量，然后将交流量输送至加法器；

七次电压谐波控制模块中，经旋转频率为的第三旋转坐标变换单元和第三低通滤波器将第二三相对称分量构造单元输出的谐波电压三相对称分量、和转换成d、q坐标系下直流量和 _，七次电压谐波控制单元将直流量和控制为0，并输出七次谐波补偿量、；补偿量、在旋转频率的第三反旋转变换单元中反变换为交流量，然后将交流量输送至加法器；

加法器26将三次谐波补偿量、五次谐波补偿量、七次谐波补偿量叠加后作为调制信号输出至脉宽调制器，脉宽调制器的输出信号驱动逆变器1。

如图3所示，将输出电压作为a相，第一延时环节101把输出电压延时1/3工频周期构造b相电压，第二延时环节102把输出电压延时1/6工频周期构造反向的c相电压，第一加法器103把构造的三相对称分量叠加，除法器104把三相对称分量之和取平均，得到逆变输出的零序电压。对于零序电压，认为主要是三次谐波成分，将作为a相电压，第三延时环节111将延时1/9工频周期，构造b相三次谐波电压，第四延时环节112将延时1/18工频周期，构造反向的c相三次谐波电压，从而得到三相对称的三次谐波电压、、。

如图4所示，减法器161使输出电压和输出电压基波做差，得到输出电压的谐波分量，把该谐波分量作为a相电压，第五延时环节171把谐波分量延时1/3工频周期构造b相电压，第六延时环节172把谐波分量延时1/6工频周期构造反向的c相电压，从而得到三相对称的谐波电压、、。

Claims (1)

1.一种逆变器的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

三次电压谐波控制模块中的零序电压提取单元提取逆变输出的零序电压，然后将零序电压输入至第一三相对称分量构造单元，构造零序电压的三相对称分量和第一旋转坐标变换单元和第一低通滤波器将三相对称分量 和转换成d、q坐标系下直流量v_d3th和v_q3th，三次电压谐波控制单元将直流量v_d3th和v_q3th控制为0，并输出三次谐波补偿量u_d3th、u_q3th；补偿量u_d3th、u_q3th在第一反旋转坐标变换单元中反变换为交流量然后将交流量输送至加法器；具体的：将输出电压v₀作为a相，第一延时环节把输出电压v₀延时1/3工频周期构造b相电压，第二延时环节把输出电压v₀延时1/6工频周期构造反向的c相电压，第一加法器把构造的三相对称分量叠加，除法器把三相对称分量之和取平均，得到逆变输出的零序电压v_0th；对于零序电压，将v_0th作为a相电压第三延时环节将v_0th延时1/9工频周期，构造b相三次谐波电压第四延时环节将v_0th延时1/18工频周期，构造反向的c相三次谐波电压从而得到三相对称的三次谐波电压 $v_{\mathrm{oth}}^c;$

五次电压谐波控制模块中谐波电压提取单元提取逆变输出的谐波电压，然后将谐波电压输入至第二三相对称分量构造单元，构造谐波电压的三相对称分量 和第二旋转坐标变换单元和第二低通滤波器将三相对称分量和转换成d、q坐标系下直流量v_d5th和v_q5th，五次电压谐波控制单元将直流量v_d5th和v_q5th控制为0，并输出五次谐波补偿量u_d5th、u_q5th；补偿量u_d5th、u_q5th在第二反旋转坐标变换单元中反变换为交流量然后将交流量输送至加法器；具体的：减法器使输出电压v₀和输出电压基波v_base做差，得到输出电压的谐波分量v_h，把该谐波分量v_h作为a相电压第五延时环节把谐波分量v_h延时1/3工频周期构造b相电压第六延时环节把谐波分量v_h延时1/6工频周期构造反向的c相电压从而得到三相对称的谐波电压

七次电压谐波控制模块中，第三旋转坐标变换单元和第三低通滤波器将第二三相对称分量构造单元输出的谐波电压三相对称分量和转换成d、q坐标系下直流量v_d7th和v_q7th，七次电压谐波控制单元将直流量v_d7th和v_q7th控制为0，并输出七次谐波补偿量u_d7th、u_q7th；补偿量u_d7th、u_q7th在第三反旋转坐标变换单元中反变换为交流量然后将交流量输送至加法器；

加法器将三次谐波补偿量五次谐波补偿量和七次谐波补偿量叠加后作为调制信号输出至脉宽调制器，脉宽调制器的输出信号驱动逆变器。