CN101917114A - 三相逆变器交流电压稳压精度调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，包括：获取三相逆变器直流母线的纹波差值；根据所述纹波差值，计算获得PWM调制量；根据所述PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。相对应地，还涉及了一种三相逆变器交流电压稳压精度调节装置。本发明通过采集直流母线上的纹波差值，并根据纹波差值调节逆变电压调制脉宽占空比，实现UPS在不平衡或缺相市电输入的异步工作模式下逆变电压不再周期性的随母线的波动而变化，得到高质量和高稳压精度的逆变输出电压。

Description

三相逆变器交流电压稳压精度调节方法及装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种三相逆变器交流电压稳压精度调节方法及装置。

背景技术

逆变器是把直流电转变成交流电的装置，广泛用于空调、家庭影院、冰箱、风扇、照明等家用电器。三相逆变器则是电力用大功率逆变电源，主要用于军队、通信、工厂和企业的不间断电源系统。传统三相逆变器的基本控制单元可分为两种：矢量控制系统和三相独立控制系统。这两种方法在不间断电源(Uninterruptible Power System，UPS)电压中都被普遍的运用，而矢量控制方法在三进三出的大功率使用的更加广泛。

矢量控制系统，控制对象由逆变桥、LC滤波器和负载三部分组成。逆变桥为典型的三电平电路，负载可以为三相平衡载与不平衡负载。矢量控制系统的基本原理是将逆变器的三相输出电压和三相桥臂电流的检测值分别经静止/旋转坐标变换到dq坐标系中，并结合相应的设定值解耦，对dq坐标系的作用量进行旋转/静止反变换，获得能直接控制逆变桥开关管的控制信号。

现在对三进三出的大功率使用的功能需要越来越多，特别是输入电压的范围也不断的增大。例如输入电压一般处于175V至275V之间，市电模式长期正常工作即可，而现在有些用户范围增加到115V甚至缺相，市电模式还需要长期正常工作。当三相功率校正因数(Power Factor Correction，PFC)电路各自独立工作且其直流母线直接并联的拓扑结构下，而且三相市电输入不平衡时(例如，其中一相或两相低之115V或缺相，或者同时外两相或一相高至265V)，要求每相PFC尽可能大的功率输出。由于三相输入电压的不平衡，特别是在平衡度大小导致PFC的每相的带载要求不一样，低输入电压输入相要求降额带载或不要求带载，或缺相不要求带载的情况下，由于PFC三相独立拓扑以及PFC算法原因，必然导致直流母线纹波急速变大，此时如果逆变交流输出电压带载越大，直流母线纹波就越大。

由于逆变交流输出电压的大小主要决定于BUS母线和调制脉宽的占空比的大小，所以逆变交流输出电压会随着母线纹波波动而变化，母线纹波波动越大，逆变交流输出电压波动也越大；特别是逆变交流输出电压的控制方式采用矢量变换D、Q分量来进行逆变电压控制时，三相逆变交流输出电压波动尤其表现明显，此时逆变交流输出电压已经远远超出了规范要求，而且不平衡电压输入即异步工作模式下很难用其他的补偿方式来很有针对性的进行补偿调节。

目前大多数采用的是增加逆变器各相输出电压反馈控制环节的控制方法，虽然可以使得三相不平衡负载时有较高输出电压精度，但无法解决在电压不平衡输入或缺相情况下的逆变输出电压随母线纹波波动而波动的问题。即在各相输出电压的有效值控制调节下，逆变器的三相输出电压仍然会跟随母线纹波的波动而波动，无法保证逆变器输出电压的稳压精度。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种三相逆变器交流电压稳压精度调节方法及装置，旨在提高逆变输出电压的稳压精度。

本发明提供了一种三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，包括以下步骤：

获取三相逆变器直流母线的纹波差值；

根据所述纹波差值，计算获得PWM调制量；

根据所述PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。

优选地，上述获取三相逆变器直流母线的纹波差值的步骤包括：

获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值；

根据所述纹波瞬时值，计算获得纹波有效值；

根据所述纹波瞬时值及所述纹波有效值，计算获得纹波差值。

优选地，上述纹波瞬时值通过与直流母线连接的采样电路采样获取。

优选地，上述根据纹波差值，计算获得PWM调制量的步骤包括：

根据逆变输出电压及纹波差值，计算对应的调节控制量；

根据对应的调节控制量，计算获得PWM调制量。

优选地，上述根据逆变输出电压，计算对应的调节控制量的步骤具体为：

判断逆变输出电压是否为正半周，若是，则将纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；否则将纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量。

本发明还提供了一种三相逆变器交流电压稳压精度调节装置，包括：

获取模块，用于获取三相逆变器直流母线的纹波差值；

运算模块，用于根据所述纹波差值，计算获得PWM调制量；

调节模块，用于根据所述PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。

优选地，上述获取模块包括：

采集单元，用于获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值；

第一获取单元，用于根据所述纹波瞬时值，计算获得纹波有效值；

第二获取单元，用于根据所述纹波瞬时值及所述纹波有效值，计算获得纹波差值。

优选地，上述运算模块包括：

第一运算单元，用于根据逆变输出电压及纹波差值，计算对应的调节控制量；

第二运算单元，用于根据对应的调节控制量，计算获得PWM调制量。

优选地，上述第一运算单元具体用于：判断逆变输出电压是否为正半周，若是，则将纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；否则将纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量。

本发明通过采集直流母线上的纹波差值，并根据纹波差值调节逆变电压调制脉宽占空比，实现UPS在不平衡或缺相市电输入的异步工作模式下逆变电压不再周期性的随母线的波动而变化，得到了高质量和高稳压精度的逆变输出电压。

附图说明

图1是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节方法一实施例的流程示意图；

图2是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节方法一实施例中获取三相逆变器直流母线的纹波差值的流程示意图；

图3是图2中获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值的硬件电路图；

图4是图2中获取三相逆变器直流母线的纹波差值的硬件电路图；

图5是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节方法一实施例中计算PWM调制量的流程示意图；

图6是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节方法中以A相为例的流程示意图；

图7是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节装置一实施例的结构示意图；

图8是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节装置一实施例中获取模块的结构示意图；

图9是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节装置一实施例中运算模块的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明主要应用于矢量控制系统中，三相输入不平衡或缺相状态下的逆变输出电压的精度调节。

图1是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节方法一实施例的流程示意图。

本实施例三相逆变器交流电压稳压精度调节方法包括以下步骤：

步骤S10、获取三相逆变器直流母线的纹波差值；

纹波差值通过采集三相逆变器直流母线上的电信号，并通过AD转换、滤波等处理过程而获得。

步骤S11、根据纹波差值，计算获得PWM调制量；

根据步骤S10获取的纹波差值，计算获得逆变输出电压不平衡度的补偿控制中的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)调制量。

步骤S12、根据PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。

将PWM调制量加入至三相的A/B/C各相的PWM调制器中，即可调节逆变PWM驱动脉宽的占空比，从而调节出期望的逆变电压。

参照图2，步骤S10包括以下步骤：

步骤S101、获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值；

通过采样电路与直流母线连接，用于采集三相逆变器直流母线的波纹瞬时值。

步骤S102、根据纹波瞬时值，计算获得纹波有效值；

步骤S103、根据纹波瞬时值及纹波有效值，计算获得纹波差值。

步骤S102与步骤S103可以通过软件获得，也可以通过硬件获得。通过软件获得时，步骤S101获取的纹波瞬时值经过滤波处理，并经过AD转换器进行AD转换，再经过软件计算获得纹波差值ΔVbus，如图3所示。

硬件获取纹波差值的电路如图4所示。纹波瞬时值Vbus通过滤波电路，获得滤波后的纹波瞬时值Va。纹波瞬时值Vbus通过运算处理，获得纹波有效值Vb。最后将纹波瞬时值Va与纹波有效值Vb通过运放电路做减法运算，获得纹波差值ΔVbus，并输入至AD转换器进行AD转换。

参照图5，步骤S11包括以下步骤：

步骤S111、根据逆变输出电压及纹波差值，计算对应的调节控制量；

根据逆变输出电压，判断其是处于正半周还是处于负半周。该逆变输出电压的判断，根据对三相逆变输出电压的原有的PWM调制量的符号判断，当原有的PWM调制量为正时，则判断逆变输出电压为正半周；当原有的PWM调制量为负时，则判断逆变输出电压为负半周。当逆变输出电压处于正半周时，将纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；当逆变输出电压处于负半周时，将纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量。第一预置系数与第二预置系数可以一致，也可以不同。

第一预置系数：即正半周预置系数，表示输出电压正半周纹波补偿调节力度，它的大小决定于逆变输出电压波动大小，例如，220伏电压输出系统，输出电压正半周向上或向下波动5伏，则该第一预置系数理论值约为0.0091。当然，其实际运用值可以根据实际调试效果情况进行调整。第二预置系数：即负半周预置系数，表示输出电压负半周纹波补偿调节力度，设置方法同第一预置系数。

步骤S112、根据对应的调节控制量，计算获得PWM调制量。

将PWM调制中原有的调制量与对应的调节控制量相减，以获得当前的PWM调制量。将该获得的PWM调制量加入到三相A/B/C各相的PWM调制过程中，即可调节逆变PWM驱动脉宽占空比。

下面以A相为例对本实施例三相逆变器交流电压稳压精度调节过程进行描述，参照图6。

步骤S201、分别采集直流母线的正电信号、负电信号，获得纹波正瞬时值、纹波负瞬时值；

步骤S202、根据纹波正瞬时值、纹波负瞬时值，分别计算获得纹波正有效值、纹波负有效值；

步骤S203、将纹波正瞬时值与纹波正有效值做减法运算，获得正纹波差值；将纹波负瞬时值与纹波负有效值做减法运算，获得负纹波差值；

步骤S204、判断A相逆变电压是否为正半周；是则执行步骤S205，否则执行步骤S206；

步骤S205、将正纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；

步骤S206、将负纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量；

步骤S207、判断纹波差值是否为正，是则执行步骤S208，否则执行步骤S209；

步骤S208、将原有的调制量减去第一调节控制量，获得新的调制量；

步骤S209、将原有的调制量减去第二调节控制量，获得新的调制量；

步骤S210、将新的调制量输入至全比较器CMPR，获得驱动脉宽的占空比。

在上述步骤S203与步骤S204之间还可以包括步骤：对正纹波差值及负纹波差值进行限幅处理，用于保护后面的电路。步骤S210中新的调制量输入之前也可以先对该新的调制量进行限幅处理，作用与前面的一致。

本发明通过采集直流母线上的纹波差值，并根据纹波差值调节逆变电压调制脉宽占空比，实现UPS在不平衡或缺相市电输入的异步工作模式下逆变输出电压不再周期性的随母线的波动而变化，得到了高质量和高稳压精度的逆变输出电压。

图7是本发明三相逆变器交流电压稳压精度调节装置一种实施例的结构示意图。

本实施例三相逆变器交流电压稳压精度调节装置包括：

获取模块10，用于获取三相逆变器直流母线的纹波差值；

运算模块20，用于根据纹波差值，计算获得PWM调制量；

调节模块30，用于根据PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。

上述获取模块10具体用于采集三相逆变器直流母线上的电信号，并通过AD转换、滤波等处理过程而获得直流母线的纹波差值。

参照图8，该获取模块10包括：

采集单元11，用于获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值；

第一获取单元12，用于根据纹波瞬时值，计算获得纹波有效值；

第二获取单元13，用于根据纹波瞬时值及纹波有效值，计算获得纹波差值。

采集单元11可以为与直流母线连接的采样电路，用于获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值。获取模块10可以为软件处理模块。获取模块10通过采集单元11采集的纹波瞬时值Vbus(如图3所示)，经过滤波处理，并经过AD口进行AD转换后，输入至第一获取单元12及第二获取单元13组成的软件处理器。该软件处理器根据纹波瞬时值Vbus，可以计算获得纹波有效值及纹波差值。获取模块10也可以为硬件电路模块，如图4所示。纹波瞬时值Vbus通过滤波电路，获得滤波后的纹波瞬时值Va。纹波瞬时值Vbus通过运算处理，获得纹波有效值Vb。最后将纹波瞬时值Va与纹波有效值Vb通过运放电路做减法运算，获得纹波差值ΔVbus，并输入至AD转换器进行AD转换

参照图9，上述运算模块20包括：

第一运算单元21，用于根据逆变输出电压及纹波差值，计算对应的调节控制量；

第二运算单元22，用于根据对应的调节控制量，计算获得PWM调制量。

第一运算单元21具体用于：判断逆变输出电压是否为正半周，是则将纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；否则将纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量。此处第一预置系数与第二预置系数可以一致，也可以不同。

第二运算单元22用于将PWM调制中原有的调制量与对应的调节控制量相减，以获得当前的PWM调制量。调节模块30用于将该获得的PWM调制量加入到三相A/B/C各相的PWM调制过程中，即可调节逆变PWM驱动脉宽占空比。

本发明通过采集直流母线上的纹波差值，并根据纹波差值调节逆变电压调制脉宽占空比，实现UPS在不平衡或缺相市电输入的异步工作模式下逆变电压不再周期性的随母线的波动而变化，同时也得到了高质量和高稳压精度的逆变输出电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取三相逆变器直流母线的纹波差值；

根据所述纹波差值，计算获得脉冲宽度调制PWM调制量；

根据所述PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。

2.根据权利要求1所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，其特征在于，所述获取三相逆变器直流母线的纹波差值的步骤包括：

获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值；

根据所述纹波瞬时值，计算获得纹波有效值；

根据所述纹波瞬时值及所述纹波有效值，计算获得纹波差值。

3.根据权利要求2所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，其特征在于，所述纹波瞬时值通过与直流母线连接的采样电路采样获取。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，其特征在于，所述根据纹波差值，计算获得PWM调制量的步骤包括：

根据逆变输出电压及纹波差值，计算对应的调节控制量；

根据对应的调节控制量，计算获得PWM调制量。

5.根据权利要求4所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节方法，其特征在于，所述根据逆变输出电压，计算对应的调节控制量的步骤具体为：

判断逆变输出电压是否为正半周，若是，则将纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；否则，将纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量。

6.一种三相逆变器交流电压稳压精度调节装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取三相逆变器直流母线的纹波差值；

运算模块，用于根据所述纹波差值，计算获得PWM调制量；

调节模块，用于根据所述PWM调制量，调节逆变电压调制脉宽占空比。

7.根据权利要求6所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节装置，其特征在于，所述获取模块包括：

采集单元，用于获取三相逆变器直流母线的纹波瞬时值；

第一获取单元，用于根据所述纹波瞬时值，计算获得纹波有效值；

第二获取单元，用于根据所述纹波瞬时值及所述纹波有效值，计算获得纹波差值。

8.根据权利要求6或7所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节装置，其特征在于，所述运算模块包括：

第一运算单元，用于根据逆变输出电压及纹波差值，计算对应的调节控制量；

第二运算单元，用于根据对应的调节控制量，计算获得PWM调制量。

9.根据权利要求8所述的三相逆变器交流电压稳压精度调节装置，其特征在于，所述第一运算单元具体用于：判断逆变输出电压是否为正半周，若是，则将纹波差值与第一预置系数相乘，获得第一调节控制量；否则，将纹波差值与第二预置系数相乘，获得第二调节控制量。

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