CN101854065B - 一种级联型升压斩波电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机控制领域，涉及一种级联型升压斩波电路的控制方法，该方法所涉及的级联型升压斩波电路由普通升压斩波电路、以及连接在升压斩波电路单元之间的级联用二极管和换流用功率开关管组成；本发明针对采用级联型升压斩波电路为调速环节的永磁风力发电系统，提出一种控制方法，该方法采用转速电流双闭环结构，通过对输出占空比的判断给定换流信号，实现级联升压斩波电路运行状态的改变，从而扩展调速范围。本发明采用传统的转速电流双闭环形式，不增加复杂的控制算法，仅采用PI控制算法，便于处理器运行，具有方法简单，可靠性高的特点。

Description

一种级联型升压斩波电路的控制方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种级联型的升压斩波电路的控制方法，本发明可应用于电机调速、可再生能源发电等领域。

背景技术

传统升压斩波电路广泛应用于电气传动领域，例如绕线式感应电动机的内反馈串级调速系统，永磁直流无刷电机调速系统等。尤其近年来随着风力发电技术的广泛关注和应用，升压斩波电路又有新的应用空间。如图1所示，是一种典型的三相永磁同步风力发电机接二极管整流桥后接升压斩波电路接电压型逆变器的拓扑结构，该拓扑采用二极管整流桥降低了系统成本，同时升压斩波电路的控制方式简单，而且直流母线电容的存在降低了电网波动对发电系统的影响，因此该结构近年来倍受青睐。但是该结构也存在一些不足，例如二极管整流会导致定子电流畸变，升压斩波电路的功率开关管通断的上下限，会限制其调速能力等问题。近年来，国内外科研人员提出了多种拓扑结构来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种针对级联型升压斩波电路运行方式的控制方法，该种控制方法是一种简单可行、可靠性高的控制策略，可用于发电机转速调节。本发明采用如下的技术方案：

一种级联型升压斩波电路的控制方法，该种电路的结构为：包括n个升压斩波电路单元以及连接在升压斩波电路单元之间的级联用二极管和换流用功率开关管，其中，n≥2，每个升压斩波单元包括一个电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的电感串联在本升压斩波单元的输入端上，所述的快恢复二极管连接在升压用功率开关管正向导通输入端与本升压斩波单元的输出正极之间；设该n个升压斩波单元按i＝1，2......n顺序编号，第1单元的输出正极为整个升压斩波电路的输出正极，第n单元的输出负极为整个升压斩波电路的输出负极，两者分别与滤波储能电容的正极和负极相连，n个升压斩波单元的输出端采用串联方式，除第1单元的输出正极和第n单元的输出负极外，其余每个单元的输出端均通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第i单元的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第i+1单元的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接，依次连接到第n单元，并按i＝1，2，......，n-1顺序依次对该n-1个换流用功率开关管编号；第i单元的输入负极与第i+1单元的输入负极通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管的阴极与第i单元负极连接，阳极与第i+1单元负极连接，依次连接到第n单元；第i单元的升压用功率开关管正向导通输入端与第i+1单元的升压用功率开关管正向导通输入端之间也通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管阴极与第i单元升压用功率开关管正向导通输入端连接，阳极与第i+1单元的升压用功率开关管正向导通输入端连接，依次连接到第n单元。

对上述的电路采用如下的控制方法：给定每个升压斩波单元的升压用功率开关管相同的开关周期，相同相位载波，并根据要求和际情况给定其占空比的下限和上限，并采用如下的转速电流双闭环控制：根据采样得到的电机转速值和转速给定值通过转速外环PI调节得到一个电流给定值，将该值乘以1/n后，得到每组电流环PI控制的电流给定值；若每组换流用功率开关管均断开，则每组电流环PI控制的电流反馈信号选用每组升压斩波电路单元各自的输入电流值，否则，该电流反馈信号采用每个升压斩波电路单元输入电流平均值；其中，对于换流用功率开关管的控制采用如下的控制策略：

当每组升压斩波单元的占空比均同时达到上限时，判定最后一个编号换流用功率开关管是否导通，若未导通，则依次按照从第n-1个换流用功率开关管到第1个换流用功率开关管的顺序，根据转速环响应要求，逐步延迟导通；若在导通其中一个换流用功率开关管的延迟过程中，每个升压斩波单元的占空比不再同时达到上限时，则停止导通当前正在处理的换流用功率开关管，并保持其余换流用功率开关管的导通和断开状态不变；

当每组升压斩波单元的占空比均同时达到下限时，判定第一个编号换流用功率开关管是否断开，若未断开，则依次按照从第1个换流用功率开关管到第n-1个的换流用功率开关管顺序，根据转速环响应要求，逐步延迟断开换流用功率开关管；若在断开其中一个换流用功率开关管的延迟过程中，每个升压斩波单元的占空比不再同时达到下限时，则停止断开当前正在处理的换流用功率开关管，并保持其余换流用功率开关管的导通和断开状态不变；

当每个升压斩波单元的导通时间均在上限和下限之间时，保持全部换流用功率开关管的导通和断开状态不变。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用传统的转速电流双闭环形式，不增加复杂的控制算法，仅采用PI控制算法，便于处理器运行；

2、本发明仅依靠改变每组电流环PI控制器的电流反馈信号，便可实现级联型升压斩波电路在并联运行状态下均流控制，其他运行状态下，给定每个升压用功率开关管相同占空比的控制效果；

2、本发明对换流用功率开关管采用延迟通断控制，有利于避免因转速响应问题带来的不稳定情况发生。

附图说明

图1是单个升压斩波电路应用到永磁风力发电系统的主电路原理图。

图2是n单元级联型升压斩波电路应用到永磁风力发电系统的主电路原理图。

图3是n单元级联型升压斩波电路原理图。

图4是3单元级联型升压斩波电路应用到永磁风力发电系统的主电路原理图。

图5是3个升压斩波电路级联时，即CVT1，CVT2断开时，并联运行状态原理图；图5(a)中虚线表示升压斩波电路1并联运行回路；图5(b)中虚线表示升压斩波电路2并联运行回路；图5(c)中虚线表示升压斩波电路3并联运行回路；

图6是3个升压斩波电路级联时，即CVT1断开，CVT2导通时，混联运行状态原理图；图6(a)是升压斩波电路1与升压斩波电路3串联形成的回路；图6(b)是升压斩波电路2与升压斩波电路3串联形成的回路。

图7是3个升压斩波电路级联时，即CVT1，CVT2导通时，串联运行状态原理图。

图8是控制系统原理框图。

图9是控制程序流程图。

具体实施方式

近年来，随着新能源的开发利用，尤其在变速风力发电方面，因为采用二极管整流后接升压斩波电路的结构对发电机进行调速具有成本低，效率高，控制系统简单等优点被广泛应用。但是传统升压斩波电路的调速范围较窄，这也影响了它的应用效果。近年来，国内外科研人员提出了多种拓扑结构来解决这些问题。如图2所示的是一种采用了多脉波整流电路，级联型升压斩波电路，电压型并网逆变器的永磁风力发电变流系统。图2中三相永磁电机输出接多相隔离变压器的结构还可以用多相永磁同步发电机来代替。图2中级联型升压斩波电路的原理图如图3所示。结合图2所示拓扑结构，本发明针对这种级联型升压斩波电路提出一种控制策略。

为叙述简便，本实施例中，采用的主电路结构如图4所示，包括风机，联轴器，永磁同步发电机(PMSG)，9相隔离整流变压器(变比1∶1)，二极管整流单元，3单元级联型斩波调速电路(升压斩波电路1、2、3)，滤波储能电容C，电压型并网逆变器(VSI)等。其中级联型升压斩波电路是由3个完全相同的升压斩波电路级联得到，升压斩波电路单元的功率开关管采用IGBT，换流用功率开关管采用IGBT，级联用二极管采用快恢复二极管。升压斩波电路1、2、3的输入正负极分别接3个独立二极管整流单元输出，输入负极通过快恢复二极管CVD2，CVD4连接；斩波电路IGBT集电极之间通过快恢复二极管CVD1，CVD3连接；电路输出端采用串联方式，斩波电路1输出正极接电容C正极，斩波电路1输出负极与斩波电路2输出正极通过功率开关管CVT1连接，斩波电路2输出负极与斩波电路3输出正极通过功率开关管CVT2连接，斩波电路3输出负极接电容C负极。控制系统采用DSP28335为主控芯片，其控制框图如图8所示，其中控制程序流程如图9所示。图8中ω_r_PI表示转速环PI(比例积分)控制模块，i_L_PI表示电流环PI控制模块，3个i_L_PI模块的控制系数是完全相同的。给定每个升压斩波单元的升压用功率开关管相同的开关周期T_s，且载波相位相同，并根据要求和实际情况给定其占空比的下限a_min和上限a_max，实施例中设其范围为[0.2，0.6]。

结合附图4-7，首先以采用3个升压斩波电路级联结构作为调速电路的直驱式永磁风力发电系统为例，分析在不同电路状态下，级联型升压斩波电路中的每个升压斩波电路单元输入输出电压之间的关系和每个升压斩波电路单元输入电流之间的关系，再对所提出的控制策略具体控制方式予以详细说明。

首先介绍级联型升压斩波电路用于风力发电系统整体时的主电路运行情况。风机的轴与永磁同步发电机的转子轴通过联轴器同轴联接，风机捕获风能驱动永磁同步发电机旋转。永磁同步风力发电机根据风速情况调节转速从而输出幅值和频率都随风速变化而变化的3相电压，经9相隔离整流变压器后得到3组3相电压，每组电压的同一相电压相位相差20°，变压器输出3组3相电压经3个3相二极管整流单元整流成幅值也在随风速变化的3个直流电压U_in1，U_in2，U_in3。通过级联型升压斩波电路获得一个直流母线电容电压U_dc，电容接电压型并网逆变器，通过对逆变器电压电流双闭环控制实现电容电压的稳定。当升压斩波电路中的功率开关管的开关周期Y_s和占空比α的范围确定时，在风机转矩恒定时，电路调速范围将只能由升压斩波电路输出直流母线电压决定。采用级联型升压斩波电路作为发电机调速环节时，可以通过给定其换流用IGBT开关管CVT1，CVT2不同的通断状态，实现单元升压斩波电路等效输出电压的改变。

下面结合图5-7说明采用3单元级联型升压斩波电路中换流用IGBT不同通断状态下的运行情况。

状态1：CVT1，CVT2断开时，升压斩波电路1、2、3是并联结构，如图5(a)(b)(c)所示。数学关系如下式：

其中，R_L1，R_L2，R_L3为电感L1，L2，L3的内阻，L₁，L₂，L₃为电感L1，L2，L3的电感值。U_in1，U_in2，U_in3为每个二极管整流输出的电压。图5中U_out1，U_out2，U_out3为各个升压斩波电路等效输出电压。并联运行时，每个升压斩波电路单元等效输出电压都等于整体直流母线电压U_dc。每个整流输出电压U_in1，U_in2，U_in3都相当于输出接电容电压为U_dc时的情况，隔离变压器的变比为1∶1，因此折算到发电机侧，发电机空载反电动势也相当于提供直流母线电容电压为U_dc时的水平，所以此时电机转速维持在较高的水平。另外若系统中变压器各个绕组阻抗和升压斩波电路中升压电感等参数不理想相等时，则会导致i_L1，i_L2，i_L3不相等。因此并联运行时，需要控制系统通过给定VT1，VT2，VT3不同的导通时间，在进行转速电流双闭环控制同时，实现每个升压电路均流运行。

状态2：CVT1断开，CVT2导通时，升压斩波电路1、2、3是混联结构，如图6所示。升压斩波电路1和升压斩波电路3是串联关系，如图6(a)，升压斩波电路2和升压斩波电路3是串联关系，如图6(b)，而这两组电路之间又是并联关系。数学关系如下式：

混联回路1： $\begin{array}{c}\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{in}1}+U_{\mathrm{in}3}=R_{L1}{i}_{L1}+L_1\frac{{\mathrm{di}}_{L1}}{\mathrm{dt}}\\ +R_{L3}{i}_{L3}+L_3\frac{{\mathrm{di}}_{L3}}{\mathrm{dt}}+U_{\mathrm{dc}}\end{array}\end{array}---\left(2\right)$

混联回路2： $\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{in}2}+U_{\mathrm{in}3}=R_{L2}{i}_{L2}+L_2\frac{{\mathrm{di}}_{L2}}{\mathrm{dt}}\\ +R_{L3}{i}_{L3}+L_3\frac{{\mathrm{di}}_{L3}}{\mathrm{dt}}+U_{\mathrm{dc}}\end{array}---\left(3\right)$

从式(2)和(3)可知，升压斩波电路1和3串联运行回路中，若电路参数适当，则每个升压斩波电路输出电压相当于1/2的直流母线电压，即U_dc/2。同理，升压斩波电路1和3串联运行回路中也是如此。与状态1并联运行相比，在相同风机转矩，即定子电流相同，VT1，VT2，VT3导通时间范围确定时，因为每个升压斩波电路输出电压相当于1/2U_dc，则每个整流输出电压U_in1，U_in2，U_in3也都相当于接1/2U_dc时的情况，隔离变压器的变比为1∶1，因此折算到发电机侧，发电机空载反电动势也只有级联型升压斩波电路并联运行时1/2的水平，所以此时风机转矩下，VT1、VT2，VT3占空比相同时，电机转速低于并联运行时的情况，而级联后得到的直流母线电压仍然不变。在混联运行情况下，要求通过控制系统给定VT1，VT2，VT3相同的占空比。

状态3：CVT1，CVT2导通时，升压斩波电路1、2、3是串联结构，如图7所示。数学关系如下式：

$U_{\mathrm{in}1}+U_{\mathrm{im}2}+U_{\mathrm{in}3}=R_{L1}{i}_{L1}+L_1\frac{{\mathrm{di}}_{L1}}{\mathrm{dt}}$

$+R_{L2}{i}_{L2}+L_2\frac{{\mathrm{di}}_{L2}}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

$+R_{L3}{i}_{L3}+L_3\frac{{\mathrm{di}}_{L3}}{\mathrm{dt}}+U_{\mathrm{dc}}$

串联运行时，3个整流输出电流相等，即i_L1＝i_L2＝i_L3。从公式(4)可知，串联运行时，若电路参数对称，则每个升压斩波电路输出电压相当于1/3的直流母线电压，即U_dc/3。另外串联运行时，要求3个升压斩波电路的IGBT，VT1，VT2，VT3同时导通和断开。串联运行时，要求VT1，VT2，VT3有相同的导通情况。与状态1并联运行相比，在相同风机转矩，即定子电流相同，VT1、VT2，VT3导通时间范围确定时，因为每个升压斩波电路输出电压相当于1/3U_dc，则每个整流输出电压U_in1，U_in2，U_in3也都相当于接1/3U_dc时的情况，隔离变压器的变比为1∶1，因此折算到发电机侧，发电机空载反电动势也只有级联型升压斩波电路并联运行时1/3的水平，所以此时VT1、VT2，VT3导通时间相同时，与混联和并联运行时相比，电机转速是最低的，而级联后得到的直流母线电压仍然不变。

结合图4中的具体实施例，根据上述分析本发明给出如下的控制方法以用于这种3单元级联型升压斩波电路，该方法包括如下几个步骤：

1、电路运行状态转换控制，即换流用IGBT开关管CVT1和CVT2的通断控制。

转速控制的结果是α₁，α₂，a₃它们分别表示给定VT1，VT2，VT3脉冲的占空比。根据α₁，α₂，a₃确定通断信号OC1和OC2，OC1＝0表示CVT1断开，OC1＝1表示CVT1导通；OC2＝0表示CVT2断开，OC2＝1表示CVT2导通。

当α₁，α₂，a₃同时达到占空比下限0.2时，系统先判定CVT1是否断开，即OC1是否等于0；若OC1不等于0，则系统一边开始给变量cvt1_count_open计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt1_count_open＝m时，(表示经过了m个系统控制周期，m根据转速环响应要求而定)，则给定OC1＝0，断开CVT1；若在计数过程中，α₁，α₂，a₃不再同时等于0.2，则变量cvt1_count_open清零。若OC1等于0，则系统一边开始给变量cvt2_count_open计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt2_count+_open＝m时，则令OC2等于0，断开CVT2。若在计数过程中，α₁，α₂，a₃不再同时等于0.2，则变量cvt2_count_open清零。上述程序流程是电机升速时，逐步断开换流用IGBT的情况。

当α₁，α₂，a₃同时达到占空比上限0.6时，系统先判定CVT2是否导通，即OC2是否等于1；若OC2不等于1，则系统一边开始给变量cvt2_count_close计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt2+_count_close＝m时，则给定OC2＝1，导通CVT2；若在计数过程中，α₁，α₂，a₃不再同时等于0.6，则变量cvt2_count_close清零。若OC2等于1，则系统一边开始给变量cvt1_count_close计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt1_count_close＝m时，则令OC1等于1，导通CVT1。若在计数过程中，α₁，α₂，a₃不再同时等于0.6，则变量cvt1_count_close清零。上述程序流程是电机降速时，逐步导通换流用IGBT的情况。

当α₁，α₂，a₃在区间[0.2，0.6]时，保持OC1，OC2不变即可。

2、转速电流双闭环控制

将采集得到的电机转速信号，每组整流输出电流信号进行标幺处理，得到电机转速信号ω′_r和电流信号i′_L1，i′_L2，i′_L3，根据电机转速信号ω′_r和转速给定值ω′_{r_ref}通过转速外环PI调节得到一个电流给定值i′_{s_ref}。

3、根据电路运行状态不同，采用不同的电流环反馈值

OC1，OC2的值决定电路运行状态，根据这两个值确定电流环控制方式。若OC1，OC2都等于0，电路处于并联运行状态，可以给定每个升压用IGBT开关管VT1，VT2，VT3不同的PI输出结果，实现均流控制，即每个开关管的电流PI控制器，反馈值i′_{Li_PI}＝i′_Li，给定值i′_{L_ref}＝i′_{s_ref}/3，i＝1，2，3；若OC1，OC2不都等于0，则要求给定每个升压用IGBT开关管VT1，VT2，VT3相同的PI输出结果，即每个开关管的电流PI控制器反馈值和电流值都相等，反馈值i′_{Li_PI}＝i′_Avg，给定值为i′_{L_ref}＝i′_{s_ref}/3；此时每个i_{L_}PI输出都是相等的。

根据上述内容可以将控制系统归结为框图8和流程图9

下面将对上述3单元级联型升压斩波电路运行状态和控制器原理的分析推广到n单元(n≥2)的情况。

n单元级联型升压斩波电路的控制方法：

1、根据给定每个升压用功率开关管的占空比α_i(i＝1，2，3……n)，确定给定每个换流用功率开关管的通断信号OC(k)，其中，k＝1，2，3......n-1。

当a_i同时达到占空比下限0.2时，系统先判定CVT1是否断开，即OC1是否等于0；若OC1不等于0，则系统一边开始给变量cvt1_count_open计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt1_count_open＝m时，(表示经过了m个系统控制周期，m根据转速环响应要求而定)，则给定OC1＝0，断开CVT1；若在计数过程中，a_i不再同时等于0.2，则变量cvt1_count_open清零。若OC1等于0，则系统一边开始给变量cvt2_count_open计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt2_count_open＝m时，则令OC2等于0，断开CVT2。若在计数过程中，a_i不再同时等于0.2，则变量cvt2_count_open清零。按上述方式依次判断是否断开CVT(k)，直到CVT(n-1)。上述程序流程是电机升速时，逐步断开换流用IGBT的情况。

当a_i同时达到占空比上限0.6时，系统先判定CVT(n-1)是否导通，即OC(n-1)是否等于1；若OC(n-1)不等于1，则系统一边开始给变量cvt(n-1)_count_close计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt(n-1)_count_close＝m时，则给定OC(n-1)＝1，导通CVT(n-1)；若在计数过程中，a_i不再同时等于0.6，则变量cvt(n-1)_count_close清零。若OC(n-1)等于1，则系统一边开始给变量cvt(n-2)_count_close计数，一边继续进行转速电流双闭环控制；直到cvt(n-2)_count_close＝m时，则令OC(n-2)等于1，导通CVT(n-2)。若在计数过程中，a_i不再同时等于0.6，则变量cvt(n-2)_count_close清零。按上述方式依次判断是否断开CVT(k)，直到CVT1。上述程序流程是电机降速时，逐步导通换流用IGBT的情况。

2、转速电流双闭环控制

将采集得到的电机转速信号，每组整流输出电流信号进行标幺处理，得到电机转速信号ω′_r和每个升压斩波电路单元输入电流信号i′_Li，根据电机转速信号ω′_r和转速给定值ω′_{r_ref}通过转速外环PI调节得到一个电流给定值i′_{s_ref}。

3、根据OC(k)确定电流环控制方式。若OC(k)都等于0，根据前文所述，电路处于并联运行状态，给定每个升压用IGBT开关管VT(i)不同的PI输出结果，实现均流控制，即每个开关管的电流PI控制器，反馈值i′_{Li_PI}＝i′_Li，给定值i′_{L_ref}＝i′_{s_ref}/n；若OC(k)不都等于0，则要求给定每个升压用IGBT开关管VT(i)相同的PI输出结果，即每个开关管的电流PI控制器反馈值和电流值都相等，反馈值i′_{Li_PI}＝i′_Avg，给定值为i′_{L_ref}＝i′_{s_ref}/n；此时每个i_{L_}PI输出都是相等的。

情况1

假设风机转矩稳定，级联型升压斩波电路处于串联运行状态，要求发电机升速，则当给定VT1、VT2、VT3占空比同时等于0.2时，发电机达到该状态的最高转速。若还未满足转速要求，则控制器开始给cvt1_count_open计数，同时控制器继续对电机进行转速电流双闭环控制；若cvt1_count_open未计数到m时，给定VT1、VT2、VT3占空比已经不同时等于0.2，则cvt1_count_open清零，同时不给CVT1断开信号，CVT1仍然导通；若cvt1_count_open＝m时，给定VT1、VT2、VT3占空比仍然同时等于0.2，则给定CVT1断开信号，此时电路转换为混联状态，每个升压斩波电路对应的输出电压由原来的1/3U_dc近似变为1/2U_dc，由前面分析可知，发电机转速有了进一步的上升空间。若给定VT1、VT2、VT3占空比同时等于0.2时，仍然未满足转速要求，则控制器开始给cvt2_count_open计数，同时控制器继续对电机进行转速电流双闭环控制；若cvt2_count_open未计数到m时，给定VT1、VT2、VT3占空比已经不同时等于0.2，则cvt2_count_open清零，同时不给CVT2断开信号，CVT2仍然导通；若cvt2_count_open＝m时，给定VT1、VT2、VT3占空比仍然同时等于0.2，则给定CVT2断开信号，此时电路转换为并联状态，每个升压斩波电路对应的输出电压由原来的1/2U_dc变为U_dc，发电机转速又有了进一步的上升空间，继续升速，直到达到转速给定值。

情况2

假设风机转矩稳定，级联型升压斩波电路处于并联运行状态，要求发电机降速，则当给定VT1、VT2、VT3占空比同时等于0.6时，发电机达到该状态的最低转速。若还未满足转速要求，则控制器开始给cvt2_count_close计数，同时控制器继续对电机进行转速电流双闭环控制；若cvt2_count_close未计数到m时，给定VT1、VT2、VT3占空比已经不同时等于0.6，则cvt2_count_close清零，同时不给CVT2导通信号，CVT2仍然断开；若cvt2_count_close＝m时，给定VT1、VT2、VT3占空比仍然同时等于0.6，则给定CVT2导通信号，此时电路转换为混联状态，每个升压斩波电路对应的输出电压由原来的U_dc近似变为1/2U_dc，由前面分析可知，发电机转速有了进一步的下降空间。若给定VT1、VT2、VT3占空比同时等于0.6时，仍然未满足转速要求，则控制器开始给cvt1_count_close计数，同时控制器继续对电机进行转速电流双闭环控制；若cvt1_count_close未计数到m时，给定VT1、VT2、VT3占空比已经不同时等于0.6，则cvt1_count_close清零，同时不给CVT1导通信号，CVT1仍然断开；若cvt1_count_close＝m时，给定VT1、VT2、VT3占空比仍然同时等于0.6，则给定CVT1导通信号，此时电路转换为串联状态，每个升压斩波电路对应的输出电压由原来的1/2U_dc变为1/3U_dc，发电机转速又有了进一步的下降空间，继续降速，直到达到转速给定值。

由上述两种情况可知，该电路及其控制系统可以根据电机转速升降需求，通过改变换流用IGBT CVT1和CVT2的通断状态，改变了级联的每个升压斩波电路的等效输出电压，从而逐步提高相同风机转矩下发电机升降速的空间。并联状态下，当给定VT1、VT2、VT3占空比等于0.2时，为该风机转矩下系统运行的最高转速；同理，串联状态下，当给定VT1、VT2、VT3占空比等于0.6时，为该风机转矩下系统运行的最低转速。另外，混联状态保证了调速范围的连续性。本发明的电路结构通过给换流用IGBT的通断信号，切换这3种运行状态，扩大了发电机的调速范围。

Claims (1)

1.一种级联型升压斩波电路的控制方法，该种电路的结构为：包括n个升压斩波单元以及连接在升压斩波单元之间的级联用二极管和换流用功率开关管，其中，n≥2，每个升压斩波单元包括一个电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的电感串联在本升压斩波单元的输入端上，所述的快恢复二极管连接在升压用功率开关管正向导通输入端与本升压斩波单元的输出正极之间；设该n个升压斩波单元按i＝1，2......n顺序编号，第1单元的输出正极为整个升压斩波电路的输出正极，第n单元的输出负极为整个升压斩波电路的输出负极，两者分别与滤波储能电容的正极和负极相连，n个升压斩波单元的输出端采用串联方式，除第1单元的输出正极和第n单元的输出负极外，其余每个单元的输出端均通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第i单元的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第i+1单元的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接，依次连接到第n单元，并按i＝1，2，......，n-1顺序依次对该n-1个换流用功率开关管编号；第i单元的输入负极与第i+1单元的输入负极通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管的阴极与第i单元负极连接，阳极与第i+1单元负极连接，依次连接到第n单元；第i单元的升压用功率开关管正向导通输入端与第i+1单元的升压用功率开关管正向导通输入端之间也通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管阴极与第i单元升压用功率开关管正向导通输入端连接，阳极与第i+1单元的升压用功率开关管正向导通输入端连接，依次连接到第n单元；

对上述的电路采用如下的控制方法：给定每个升压斩波单元的升压用功率开关管相同的开关周期，载波相位相同，并根据要求和实际情况给定其占空比的下限和上限，并采用如下的转速电流双闭环控制：根据采样得到的电机转速值和转速给定值通过转速外环PI调节得到一个电流给定值，将该值乘以1/n后，得到升压斩波单元电流环PI控制的电流给定值；若升压斩波单元换流用功率开关管均断开，则升压斩波单元电流环PI控制的电流反馈信号选用每个升压斩波单元各自的输入电流值，否则，该电流反馈信号采用该n个升压斩波单元输入电流值的平均值；其中，对于换流用功率开关管的控制采用如下的控制策略：

当给定每个升压斩波单元升压用功率开关管的占空比均同时达到上限时，判定最后一个编号换流用功率开关管是否导通，若未导通，则依次按照从第n-1个换流用功率开关管到第1个换流用功率开关管的顺序，根据转速环响应要求，逐步延迟导通换流用功率开关管；若在导通其中一个换流用功率开关管的延迟过程中，给定每个升压斩波单元升压用功率开关管的占空比不再同时达到上限时，则停止导通当前正在处理的换流用功率开关管，并保持其余换流用功率开关管的通断状态不变；

当给定每个升压斩波单元升压用功率开关管的占空比均同时达到下限时，判定第一个编号换流用功率开关管是否断开，若未断开，则依次按照从第1个换流用功率开关管到第n-1个的换流用功率开关管顺序，根据转速环响应要求，逐步延迟断开换流用功率开关管；若在断开其中一个换流用功率开关管的延迟过程中，给定每个升压斩波单元升压用功率开关管的占空比不再同时达到下限时，则停止断开当前正在处理的换流用功率开关管，并保持其余换流用功率开关管的通断状态不变；

当给定每个升压斩波单元升压用功率开关管的占空比均在上限和下限之间时，保持全部换流用功率开关管的通断状态不变。

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