CN106655263B - 三相电流型单位功率因数pwm并网逆变器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，其对应的主电路拓扑由一个前置的DC/DC变换器和一个常用的电流型PWM逆变器串联组成，但控制方式不同，其控制方式的特点是对DC/DC变换器采用针对直流输出电流Id的闭环控制，使Id具有6倍工频频率的小幅脉动的波形，且与网侧电压保持相位同步；对电流型PWM逆变器采用开环控制，且不用考虑PWM信号的叠流时间；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关分别处于常通、控制导通或者常断状态。本发明的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法降低了平均开关速率，逆变器能得到更高的转换效率。

Description

三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法

技术领域

本发明属于三相PWM逆变方法技术领域，涉及一种三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，具体涉及一种降低平均开关速率的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法。

背景技术

三相电流型PWM并网逆变器的常用控制方式中，6个开关中保持有3个同时处于PWM开关状态下，需要考虑驱动信号的“叠流时间”，平均开关速率较高，使得开关损耗较大，影响逆变器的转换效率。

为了与直流电源进行电压匹配或者其它目的，PWM并网逆变器通常会设置一个前置的DC/DC变换器。对于具有前置DC/DC变换器的PWM并网逆变器，需要配合使用一套控制方法，从而实现有效降低平均开关速率，进而降低开关损耗，提高转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，能提高PWM并网逆变器的变换效率并简化控制方法。

本发明所采用的技术方案是，三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，具体按照以下步骤实施：

对DC/DC变换器采用针对直流输出电流Id的闭环控制，使直流母线电流Id以6倍电网频率脉动，Id的脉动谷点值为峰点值的且与网侧电压保持同步相位关系；对电流型PWM逆变器采用开环控制，且不用考虑PWM信号的叠流时间；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关分别处于常通、控制导通或者常断状态；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、对三相网侧电压UA、UB和UC进行相位锁定，通过锁相得到与网侧电压相同步的t1～t12时间区间同步节拍：t1区间位于UA正半周过零后的开始30°电角度期间，t2～t12依次排列各占30°电角度；

步骤2、经步骤1后，前置DC/DC变换器采用电流闭环控制方式，使直流母线电流Id以6倍电网频率脉动，且与网侧电压保持同步相位关系，Id的脉动谷点值为峰点值的相邻两个谷点间的波形为余弦函数在±π/6之间的形状；

步骤3、待步骤1和步骤2完成后，构造出三角载波信号Ut，三角载波信号Ut的谷点值为0，峰点值为1，三角载波Ut的频率fc>>50Hz；

步骤4、经步骤3后，构造M1～M6共六个调制信号；

步骤5、待步骤4完成后，将6个调制信号M1～M6分别与三角载波信号Ut相比较生成对应T1～T6的6个控制信号：当调制信号Mi大于三角载波信号时对应的第i个控制信号为1对应的Ti导通；反之第i个控制信号为0，对应的Ti关断，i＝1～6。

本发明的特点还在于：

在步骤4中：

六个调制信号M1～M6，分别对应于六个开关管T1～T6；

M1～M6这六个调制信号是开环生成的，仅须与网侧电压保持同步关系；

在t1时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T1的通断决定；T1开关的调制信号M5近似为一直线，在t1区间的起点为M1＝0，在t1时间区间的终点为M1＝0.5；即在t1区间的起点处电流Id全部流入T5，随后T5的电流线性减小，T1的电流线性增大，在t1区间的终点处Id平均分配给T5和T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；

在t2时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T5的通断决定；T5开关的调制信号M1近似为一直线，在t2区间的起点为M5＝0.5，在t2时间区间的终点为M1＝0；即在t2区间的起点处电流Id平均分配给T1和T5，随后T1的电流线性增大，T5的电流线性减小，在t2区间的终点处电流Id全部流入T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；

在t3时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T2的通断决定；T2开关的调制信号M2近似为一直线，在t3区间的起点为M2＝0，在t3时间区间的终点为M2＝0.5；即在t3区间的起点处电流Id全部流入T6，随后T6的电流线性减小，T2的电流线性增大，在t3区间的终点处Id平均分配给T6和T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；M3＝M5＝0，T3和T5保持关断；M1＝1，T1保持导通；

在t4时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T6的通断决定；T6开关的调制信号M6近似为一直线，在t4区间的起点为M6＝0.5，在t4时间区间的终点为M6＝0；即在t4区间的起点处电流Id平均分配给T2和T6，随后T2的电流线性增大，T6的电流线性减小，在t4区间的终点处电流Id全部流入T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；

在t5时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T3的通断决定；T3开关的调制信号M3近似为一直线，在t5区间的起点为M3＝0，在t5时间区间的终点为M3＝0.5；即在t5区间的起点处电流Id全部流入T1，随后T1的电流线性减小，T3的电流线性增大，在t5区间的终点处Id平均分配给T1和T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；

在t6时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T1的通断决定；T1开关的调制信号M1近似为一直线，在t6区间的起点为M1＝0.5，在t6时间区间的终点为M1＝0；即在t6区间的起点处电流Id平均分配给T3和T1，随后T3的电流线性增大，T1的电流线性减小，在t6区间的终点处电流Id全部流入T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；

在t7时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T4的通断决定；T4开关的调制信号M4近似为一直线，在t7区间的起点为M4＝0，在t7时间区间的终点为M4＝0.5；即在t7区间的起点处电流Id全部流入T2，随后T2的电流线性减小，T4的电流线性增大，在t7区间的终点处Id平均分配给T2和T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；

在t8时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T2的通断决定；T2开关的调制信号M2近似为一直线，在t8区间的起点为M2＝0.5，在t8时间区间的终点为M2＝0；即在t8区间的起点处电流Id平均分配给T4和T2，随后T4的电流线性增大，T2的电流线性减小，在t8区间的终点处电流Id全部流入T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；

在t9时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T5的通断决定；T5开关的调制信号M5近似为一直线，在t9区间的起点为M5＝0，在t9时间区间的终点为M5＝0.5；即在t9区间的起点处电流Id全部流入T3，随后T3的电流线性减小，T5的电流线性增大，在t9区间的终点处Id平均分配给T3和T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；

在t10时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T3的通断决定；T3开关的调制信号M3近似为一直线，在t10区间的起点为M3＝0.5，在t10时间区间的终点为M3＝0；即在t10区间的起点处电流Id平均分配给T5和T3，随后T5的电流线性增大，T3的电流线性减小，在t10区间的终点处电流Id全部流入T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；

在t11时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T6的通断决定；T6开关的调制信号M6近似为一直线，在t11区间的起点为M6＝0，在t11时间区间的终点为M4＝0.5；即在t11区间的起点处电流Id全部流入T4，随后T4的电流线性减小，T6的电流线性增大，在t11区间的终点处Id平均分配给T4和T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；

在t12时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T4的通断决定；T4开关的调制信号M4近似为一直线，在t12区间的起点为M4＝0.5，在t12时间区间的终点为M4＝0；即在t12区间的起点处电流Id平均分配给T6和T4，随后T6的电流线性增大，T4的电流线性减小，在t12区间的终点处电流Id全部流入T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；

M1～M6这6个调制信号的特点是：M1、M3和M5分别对应在UA、UB和UC的负半周为0分别对应T1、T3和T5关断；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC的正半周为0，分别对应T4、T6和T2关断；M1、M3和M5分别在UA、UB和UC正半周的6个30°区间为>0；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC负半周的6个30°区间为>0；M1～M6这6个调制信号各有连续6个时间区间为>0，每个调制信号在其>0的连续6个时间区间内的第2～5等4个30°区间均为1；在其第1个30°区间调制信号由0近似线性地上升到0.5，分别对应该调制信号的导通占空比由0％近似线性地上升到50％；在其第6个30°区间调制信号由0.5近似线性地下降到到0，分别对应该调制信号的导通占空比由50％近似线性地下降到0％。

步骤4中涉及到的近似线性地上升或下降，对应的准确关系式具体如下：

sin(ωt+2π/3)/cos(ωt-π/6)，t∈[π/6,π/3]；

在上式中ω为电网电压角频率。

在步骤5中：

T1～T6这6个开关按照如下规律工作：

在t1时间区间，T1PWM控制，T5控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t2时间区间，T5PWM控制，T1控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，Q点电位为UB；

在t1时间区间，T1导通时，IA＝Id，IC＝0，T1关断时，IA＝0，IC＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T1控制；在t2时间区间，T5导通时，IC＝Id，IA＝0，T5关断时，IC＝0，IA＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T5控制；在t1和t2时间区间，T6控常通，T2和T4常断，IB＝-Id；

在t3时间区间，T2PWM控制，T6控制导通，T4常断，Q点电位受T2控制在UB和UC之间调制；在t4时间区间，T6PWM控制，T2控制导通，T4常断，Q点电位受T6控制在UB和UC之间调制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，P点电位为UA；

在t3时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IB＝0，T2关断时，IC＝0，IB＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T2控制；在t4时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IC＝0，T6关断时，IB＝0，IC＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T6控制；在t3和t4时间区间，T1常通、T3和T5常断，IA＝Id；

在t5时间区间，T3PWM控制，T1控制导通，T5常断，P点电位受T3控制在UB和UA之间调制；在t6时间区间，T1PWM控制，T3控制导通，T5常断，P点电位受T1控制在UB和UA之间调制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，Q点电位为UC；

在t5时间区间，T3导通时，IB＝Id，IA＝0，T3关断时，IB＝0，IA＝Id；即Id在T1和T3之间切换，受T3控制；在t6时间区间，T1导通时，IB＝0，IA＝Id，T1关断时，IB＝Id，IA＝0；即Id在T1和T3之间切换，受T1控制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，IC＝-Id；

在t7时间区间，T4PWM控制，T2控制导通，T6常断，Q点电位受T4控制在UC和UA之间调制；在t8时间区间，T2PWM控制，T4控制导通，T6常断，Q点电位受T2控制在UC和UA之间调制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，P点电位为UB；

在t7时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IC＝0，T4关断时，IA＝0，IC＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T4控制；在t8时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IA＝0，T2关断时，IC＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T2控制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，IB＝Id；

在t9时间区间，T5PWM控制，T3控制导通，T1常断，P点电位受T5控制在UC和UB之间调制；在t10时间区间，T3PWM控制，T5控制导通，T1常断，P点电位受T3控制在UC和UB之间调制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，Q点电位为UA；

在t9时间区间，T5导通时，IC＝Id，IB＝0，T5关断时，IC＝0，IB＝Id；即Id在T5和T3之间切换，受T5控制；在t10时间区间，T3导通时，IC＝0，IB＝Id，T3关断时，IC＝Id，IB＝0；即Id在T5和T3之间切换，受T3控制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，IA＝-Id；

在t11时间区间，T6PWM控制，T4控制导通，T2常断，Q点电位受T6控制在UA和UB之间调制；在t12时间区间，T4PWM控制，T6控制导通，T2控制常断，Q点电位受T4控制在UA和UB之间调制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，P点电位为UC；

在t11时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IA＝0，T6关断时，IB＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T6控制；在t12时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IB＝0，T4关断时，IA＝0，IB＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T4控制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，IC＝Id。

在步骤5中：

12个时间区间中的任意一个30°时间区间内，UA，UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；

若异号电压为正，则UA，UB和UC分别对应T1，T3或T5常通；若异号电压为负，则UA，UB和UC分别对应T4，T6或T2常通；

在两个同号电压中，无论正负总是幅值小者对应的开关处于PWM控制状态，幅值大者对应的开关处于控制导通状态；幅值小者导通时幅值大者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值小者关断时幅值大者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，因此不需要考虑叠流时间。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于常通、常断或控制导通状态；在载波信号频率fc相同的情况下，大幅降低了三相电流型PWM逆变器的平均开关速率，能减小开关损耗，提高转换频率。

(2)在本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法中，“三相电流型PWM并网逆变器”采用开环控制方式，且无需考虑PWM信号的叠流时间，控制方法更为简单。

(3)本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，输入电压Ud保持1.57Um不变，与Id的大小无关。

附图说明

图1是主电路拓扑；

图2是三相并网电流和电压与直流母线电流的关系图；

图3是本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法中涉及的PWM开关模式示意图；

图4是本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法中涉及的调制信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法所对应的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器主要电路拓扑，具体如图1所示，其电路拓扑分为两个部分：一部分是前置的DC/DC变换器，另一部分是三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器。这两个部分均与常用的电路拓扑相同，只是控制方式不同，其控制方式的特点在于：①DC/DC变换器采取输出电流闭环控制，使输出直流母线电流Id以6倍电网频率脉动；Id的脉动谷点值为峰点值的相邻两个谷点间的波形为余弦函数在±π/6之间的形状；②电流型PWM逆变器在每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于常通，常断或控制导通状态；这样能降低平均开关速率，整流器能得到更高的转换效率。控制器只需考虑与电网电压的相位同步，采用开环控制的方法，无需构成闭环调节系统，且不需考虑PWM信号的叠流时间，控制方法更为简单。

本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法中所采用的电路拓扑与常用的三相电流型PWM逆变器电路拓扑相同，如图1所示，6个逆阻型全控开关组成三相PWM逆变桥，导通方向均为向下，分别记为T1、T2、T3、T4、T5和T6，T1和T4串联T1在上，其中点A接电网A相电源UA，T3和T6串联T3在上，其中点B接电网B相电源UB，T5和T2串联T5在上，其中点C接电网C相电源UC；T1、T3和T5的上端并联，记为P；直流电流，记为Id，由P点流入；P点经直流侧电感L接DC/DC变换器的输出“+端”；T4、T6和T2的下端并联，记为Q，接DC/DC变换器的输出“-端”；P、Q之间的电压记为UPQ；电网A、B、C相电源流入电网的电流分别记为IA、IB、IC；A、B、C三点分别接CA、CB、CC三个电容，且三个电容下端相连。

如图2所示，其中展示了三相并网电流IA、IB和IC的波形；A相电流IA的正半周只能流经T1，负半周只能流经T4；B相电流IB的正半周只能流经T3，负半周只能流经T6；C相电流IC的正半周只能流经T5，负半周只能流经T2。因此，IA、IB和IC的正半周之和就是Id，负半周之和就是-Id。由于是单位功率因数并网，所以电压UA、UB和UC与电流IA、IB和IC分别同相位。

下面的叙述中近似认为：

(1)CA、CB和CC三个电容只是滤除三相电流中的PWM开关频率谐波分量，并不影响其低频分量；

(2)从A相电压的正半周过零点起的一个工频周期依次分为12个等分时间区间，依次记为t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11和t12，每个区间为30°，具体如图2～图4所示。

本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，对DC/DC变换器采用针对直流输出电流Id的闭环控制，使直流母线电流Id以6倍电网频率脉动，Id的脉动谷点值为峰点值的且与网侧电压保持同步相位关系；对电流型PWM逆变器采用开环控制，且不用考虑PWM信号的叠流时间，控制方法实现更为简单；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关分别处于常通、控制导通或者常断状态；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、对三相网侧电压UA、UB和UC进行相位锁定，锁相的方法是任何一种已知的锁相方法(如：过零点检测法)，通过锁相得到与网侧电压相同步的t1～t12时间区间同步节拍，如图2、图3及图4所示：t1区间位于UA正半周过零后的开始30°电角度期间，t2～t12依次排列各占30°电角度。

步骤2、经步骤1后，前置DC/DC变换器采用电流闭环控制方式，使直流母线电流Id成为如图2所示的波形形状，且与电网电压保持如图2所示的相位关系。

其中，直流母线电流Id以6倍电网频率脉动；Id的脉动谷点值为峰点值的倍，相邻两个谷点间的波形为余弦函数在±π/6之间的形状。

步骤3、待步骤1和步骤2完成后，构造出三角载波信号Ut，如图4所示；三角载波信号Ut的谷点值为0，峰点值为(标幺化的)1，三角载波Ut的频率fc>>50Hz。

步骤4、经步骤3后，构造M1～M6共六个调制信号，具体方法如下：

其中，六个调制信号M1～M6，分别对应于六个开关管T1～T6，均如图4所示；

M1～M6这六个调制信号是开环生成的，仅须与网侧电压保持同步关系；

在t1时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T1的通断决定；T1开关的调制信号M5近似为一直线，在t1区间的起点为M1＝0，在t1时间区间的终点为M1＝0.5；即在t1区间的起点处电流Id全部流入T5，随后T5的电流线性减小，T1的电流线性增大，在t1区间的终点处Id平均分配给T5和T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；

在t2时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T5的通断决定；T5开关的调制信号M1近似为一直线，在t2区间的起点为M5＝0.5，在t2时间区间的终点为M1＝0；即在t2区间的起点处电流Id平均分配给T1和T5，随后T1的电流线性增大，T5的电流线性减小，在t2区间的终点处电流Id全部流入T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；

在t3时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T2的通断决定；T2开关的调制信号M2近似为一直线，在t3区间的起点为M2＝0，在t3时间区间的终点为M2＝0.5；即在t3区间的起点处电流Id全部流入T6，随后T6的电流线性减小，T2的电流线性增大，在t3区间的终点处Id平均分配给T6和T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；M3＝M5＝0，T3和T5保持关断；M1＝1，T1保持导通；

在t4时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T6的通断决定；T6开关的调制信号M6近似为一直线，在t4区间的起点为M6＝0.5，在t4时间区间的终点为M6＝0；即在t4区间的起点处电流Id平均分配给T2和T6，随后T2的电流线性增大，T6的电流线性减小，在t4区间的终点处电流Id全部流入T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；

在t5时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T3的通断决定；T3开关的调制信号M3近似为一直线，在t5区间的起点为M3＝0，在t5时间区间的终点为M3＝0.5；即在t5区间的起点处电流Id全部流入T1，随后T1的电流线性减小，T3的电流线性增大，在t5区间的终点处Id平均分配给T1和T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；

在t6时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T1的通断决定；T1开关的调制信号M1近似为一直线，在t6区间的起点为M1＝0.5，在t6时间区间的终点为M1＝0；即在t6区间的起点处电流Id平均分配给T3和T1，随后T3的电流线性增大，T1的电流线性减小，在t6区间的终点处电流Id全部流入T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；

在t7时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T4的通断决定；T4开关的调制信号M4近似为一直线，在t7区间的起点为M4＝0，在t7时间区间的终点为M4＝0.5；即在t7区间的起点处电流Id全部流入T2，随后T2的电流线性减小，T4的电流线性增大，在t7区间的终点处Id平均分配给T2和T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；

在t8时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T2的通断决定；T2开关的调制信号M2近似为一直线，在t8区间的起点为M2＝0.5，在t8时间区间的终点为M2＝0；即在t8区间的起点处电流Id平均分配给T4和T2，随后T4的电流线性增大，T2的电流线性减小，在t8区间的终点处电流Id全部流入T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；

在t9时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T5的通断决定；T5开关的调制信号M5近似为一直线，在t9区间的起点为M5＝0，在t9时间区间的终点为M5＝0.5；即在t9区间的起点处电流Id全部流入T3，随后T3的电流线性减小，T5的电流线性增大，在t9区间的终点处Id平均分配给T3和T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；

在t10时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T3的通断决定；T3开关的调制信号M3近似为一直线，在t10区间的起点为M3＝0.5，在t10时间区间的终点为M3＝0；即在t10区间的起点处电流Id平均分配给T5和T3，随后T5的电流线性增大，T3的电流线性减小，在t10区间的终点处电流Id全部流入T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；

在t11时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T6的通断决定；T6开关的调制信号M6近似为一直线，在t11区间的起点为M6＝0，在t11时间区间的终点为M4＝0.5；即在t11区间的起点处电流Id全部流入T4，随后T4的电流线性减小，T6的电流线性增大，在t11区间的终点处Id平均分配给T4和T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；

在t12时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T4的通断决定；T4开关的调制信号M4近似为一直线，在t12区间的起点为M4＝0.5，在t12时间区间的终点为M4＝0；即在t12区间的起点处电流Id平均分配给T6和T4，随后T6的电流线性增大，T4的电流线性减小，在t12区间的终点处电流Id全部流入T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；

M1～M6这6个调制信号的特点是：M1、M3和M5分别对应在UA、UB和UC的负半周为0分别对应T1、T3和T5关断；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC的正半周为0，分别对应T4、T6和T2关断；M1、M3和M5分别在UA、UB和UC正半周的6个30°区间为>0；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC负半周的6个30°区间为>0；M1～M6这6个调制信号各有连续6个时间区间为>0，每个调制信号在其>0的连续6个时间区间内的第2～5等4个30°区间均为1；在其第1个30°区间调制信号由0近似线性地上升到0.5，分别对应该调制信号的导通占空比由0％近似线性地上升到50％；在其第6个30°区间调制信号由0.5近似线性地下降到到0，分别对应该调制信号的导通占空比由50％近似线性地下降到0％。

其中所涉及到的近似线性地上升或下降，对应的准确关系式具体如下：

sin(ωt+2π/3)/cos(ωt-π/6)，t∈[π/6,π/3]；

在上式中ω为电网电压角频率。

步骤5、待步骤4完成后，将6个调制信号M1～M6分别与三角载波信号Ut相比较生成对应T1～T6的6个控制信号：

当调制信号Mi大于三角载波信号时对应的第i个控制信号为1，对应的Ti导通；反之第i个控制信号为0，对应的Ti关断，i＝1～6。

在上述的所有步骤中，步骤3、步骤4和步骤5中的控制策略是开环控制，无需构成闭环系统。

T1～T6这6个开关按照如下规律工作，如图3所示：

在t1时间区间，T1PWM控制，T5控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t2时间区间，T5PWM控制，T1控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，Q点电位为UB；

在t1时间区间，T1导通时，IA＝Id，IC＝0，T1关断时，IA＝0，IC＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T1控制；在t2时间区间，T5导通时，IC＝Id，IA＝0，T5关断时，IC＝0，IA＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T5控制；在t1和t2时间区间，T6控常通，T2和T4常断，IB＝-Id；

在t3时间区间，T2PWM控制，T6控制导通，T4常断，Q点电位受T2控制在UB和UC之间调制；在t4时间区间，T6PWM控制，T2控制导通，T4常断，Q点电位受T6控制在UB和UC之间调制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，P点电位为UA；

在t3时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IB＝0，T2关断时，IC＝0，IB＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T2控制；在t4时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IC＝0，T6关断时，IB＝0，IC＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T6控制；在t3和t4时间区间，T1常通、T3和T5常断，IA＝Id；

在t5时间区间，T3PWM控制，T1控制导通，T5常断，P点电位受T3控制在UB和UA之间调制；在t6时间区间，T1PWM控制，T3控制导通，T5常断，P点电位受T1控制在UB和UA之间调制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，Q点电位为UC；

在t5时间区间，T3导通时，IB＝Id，IA＝0，T3关断时，IB＝0，IA＝Id；即Id在T1和T3之间切换，受T3控制；在t6时间区间，T1导通时，IB＝0，IA＝Id，T1关断时，IB＝Id，IA＝0；即Id在T1和T3之间切换，受T1控制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，IC＝-Id；

在t7时间区间，T4PWM控制，T2控制导通，T6常断，Q点电位受T4控制在UC和UA之间调制；在t8时间区间，T2PWM控制，T4控制导通，T6常断，Q点电位受T2控制在UC和UA之间调制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，P点电位为UB；

在t7时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IC＝0，T4关断时，IA＝0，IC＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T4控制；在t8时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IA＝0，T2关断时，IC＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T2控制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，IB＝Id；

在t9时间区间，T5PWM控制，T3控制导通，T1常断，P点电位受T5控制在UC和UB之间调制；在t10时间区间，T3PWM控制，T5控制导通，T1常断，P点电位受T3控制在UC和UB之间调制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，Q点电位为UA；

在t9时间区间，T5导通时，IC＝Id，IB＝0，T5关断时，IC＝0，IB＝Id；即Id在T5和T3之间切换，受T5控制；在t10时间区间，T3导通时，IC＝0，IB＝Id，T3关断时，IC＝Id，IB＝0；即Id在T5和T3之间切换，受T3控制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，IA＝-Id；

在t11时间区间，T6PWM控制，T4控制导通，T2常断，Q点电位受T6控制在UA和UB之间调制；在t12时间区间，T4PWM控制，T6控制导通，T2控制常断，Q点电位受T4控制在UA和UB之间调制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，P点电位为UC；

在t11时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IA＝0，T6关断时，IB＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T6控制；在t12时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IB＝0，T4关断时，IA＝0，IB＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T4控制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，IC＝Id。

在这12个时间区间中的任意一个30°时间区间内，UA，UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；

若异号电压为正，则UA，UB和UC分别对应T1，T3或T5常通；

若异号电压为负，则UA，UB和UC分别对应T4，T6或T2常通；

在两个同号电压中，无论正负总是幅值小者对应的开关处于PWM控制状态，幅值大者对应的开关处于控制导通状态；幅值小者导通时幅值大者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值小者关断时幅值大者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，因此不需要考虑叠流时间。

本发明三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，能提高PWM并网逆变器的变换效率并简化控制方法。

Claims (4)

1.三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，其特征在于，PWM并网逆变器包括DC/DC变换器、电流型PWM逆变器；PWM并网逆变器输入侧接直流电源，DC/DC变换器输出侧的正极经一电感后连接电流型PWM逆变器的输入侧一端P点，DC/DC变换器输出侧的负极连接电流型PWM逆变器的输入侧一端Q点，所述电流型PWM逆变器的输出侧接入电网；

对DC/DC变换器采用针对直流输出电流的闭环控制，使直流母线电流Id以6倍电网频率脉动，Id的脉动谷点值为峰点值的且与网侧电压保持同步相位关系；对电流型PWM逆变器采用开环控制，且不用考虑PWM信号的叠流时间；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关管进行开关控制，其余5个开关管分别处于常通、控制导通或者常断状态；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、对三相网侧电压UA、UB和UC进行相位锁定，通过锁相得到与网侧电压相同步的t1～t12时间区间同步节拍：t1区间位于UA正半周过零后的开始30°电角度期间，t2～t12依次排列各占30°电角度；

步骤2、经步骤1后，前置DC/DC变换器采用电流闭环控制方式，使直流母线电流以6倍电网频率脉动，且与网侧电压保持同步相位关系，Id的脉动谷点值为峰点值的相邻两个谷点间的波形为余弦函数在±π/6之间的形状；

步骤3、待步骤1和步骤2完成后，构造出三角载波信号Ut，三角载波信号Ut的谷点值为0，峰点值为1，三角载波信号Ut的频率fc>>50Hz；

步骤4、经步骤3后，构造M1～M6共六个调制信号；

所述步骤4中：

六个调制信号M1～M6，分别对应于六个开关管T1～T6；

M1～M6这六个调制信号是开环生成的，仅须与网侧电压保持同步关系；

在t1时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T1的通断决定；T1开关管的调制信号M5近似为一直线，在t1区间的起点为M1＝0，在t1时间区间的终点为M1＝0.5；即在t1区间的起点处电流Id全部流入T5，随后T5的电流线性减小，T1的电流线性增大，在t1区间的终点处Id平均分配给T5和T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；

在t2时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T5的通断决定；T5开关管的调制信号M1近似为一直线，在t2区间的起点为M5＝0.5，在t2时间区间的终点为M1＝0；即在t2区间的起点处电流Id平均分配给T1和T5，随后T1的电流线性增大，T5的电流线性减小，在t2区间的终点处电流Id全部流入T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；

在t3时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T2的通断决定；T2开关管的调制信号M2近似为一直线，在t3区间的起点为M2＝0，在t3时间区间的终点为M2＝0.5；即在t3区间的起点处电流Id全部流入T6，随后T6的电流线性减小，T2的电流线性增大，在t3区间的终点处Id平均分配给T6和T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；M3＝M5＝0，T3和T5保持关断；M1＝1，T1保持导通；

在t4时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T6的通断决定；T6开关管的调制信号M6近似为一直线，在t4区间的起点为M6＝0.5，在t4时间区间的终点为M6＝0；即在t4区间的起点处电流Id平均分配给T2和T6，随后T2的电流线性增大，T6的电流线性减小，在t4区间的终点处电流Id全部流入T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；

在t5时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T3的通断决定；T3开关管的调制信号M3近似为一直线，在t5区间的起点为M3＝0，在t5时间区间的终点为M3＝0.5；即在t5区间的起点处电流Id全部流入T1，随后T1的电流线性减小，T3的电流线性增大，在t5区间的终点处Id平均分配给T1和T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；

在t6时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T1的通断决定；T1开关管的调制信号M1近似为一直线，在t6区间的起点为M1＝0.5，在t6时间区间的终点为M1＝0；即在t6区间的起点处电流Id平均分配给T3和T1，随后T3的电流线性增大，T1的电流线性减小，在t6区间的终点处电流Id全部流入T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；

在t7时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T4的通断决定；T4开关管的调制信号M4近似为一直线，在t7区间的起点为M4＝0，在t7时间区间的终点为M4＝0.5；即在t7区间的起点处电流Id全部流入T2，随后T2的电流线性减小，T4的电流线性增大，在t7区间的终点处Id平均分配给T2和T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；

在t8时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T2的通断决定；T2开关管的调制信号M2近似为一直线，在t8区间的起点为M2＝0.5，在t8时间区间的终点为M2＝0；即在t8区间的起点处电流Id平均分配给T4和T2，随后T4的电流线性增大，T2的电流线性减小，在t8区间的终点处电流Id全部流入T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；

在t9时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T5的通断决定；T5开关管的调制信号M5近似为一直线，在t9区间的起点为M5＝0，在t9时间区间的终点为M5＝0.5；即在t9区间的起点处电流Id全部流入T3，随后T3的电流线性减小，T5的电流线性增大，在t9区间的终点处Id平均分配给T3和T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；

在t10时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T3的通断决定；T3开关管的调制信号M3近似为一直线，在t10区间的起点为M3＝0.5，在t10时间区间的终点为M3＝0；即在t10区间的起点处电流Id平均分配给T5和T3，随后T5的电流线性增大，T3的电流线性减小，在t10区间的终点处电流Id全部流入T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；

在t11时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T6的通断决定；T6开关管的调制信号M6近似为一直线，在t11区间的起点为M6＝0，在t11时间区间的终点为M4＝0.5；即在t11区间的起点处电流Id全部流入T4，随后T4的电流线性减小，T6的电流线性增大，在t11区间的终点处Id平均分配给T4和T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；

在t12时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T4的通断决定；T4开关管的调制信号M4近似为一直线，在t12区间的起点为M4＝0.5，在t12时间区间的终点为M4＝0；即在t12区间的起点处电流Id平均分配给T6和T4，随后T6的电流线性增大，T4的电流线性减小，在t12区间的终点处电流Id全部流入T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；

M1～M6这6个调制信号的特点是：M1、M3和M5分别对应在UA、UB和UC的负半周为0分别对应T1、T3和T5关断；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC的正半周为0，分别对应T4、T6和T2关断；M1、M3和M5分别在UA、UB和UC正半周的6个30°区间为>0；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC负半周的6个30°区间为>0；M1～M6这6个调制信号各有连续6个时间区间为>0，每个调制信号在其>0的连续6个时间区间内的第2～5个30°区间均为1；在其第1个30°区间调制信号由0近似线性地上升到0.5，分别对应该调制信号的导通占空比由0％近似线性地上升到50％；在其第6个30°区间调制信号由0.5近似线性地下降到0，分别对应该调制信号的导通占空比由50％近似线性地下降到0％；

步骤5、待步骤4完成后，将6个调制信号M1～M6分别与三角载波信号Ut相比较生成对应T1～T6的6个控制信号：当调制信号Mi大于三角载波信号时对应的第i个控制信号为1对应的Ti导通；反之第i个控制信号为0，对应的Ti关断，i＝1～6。

2.根据权利要求1所述的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤4中涉及到的近似线性地上升或下降，对应的准确关系式具体如下：

sin(ωt+2π/3)/cos(ωt-π/6)，t∈[π/6,π/3]；

在上式中ω为电网电压角频率。

3.根据权利要求1所述的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，其特征在于，在所述步骤5中：

T1～T6这6个开关管按照如下规律工作：

在t1时间区间，T1 PWM控制，T5控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t2时间区间，T5 PWM控制，T1控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，Q点电位为UB；

在t1时间区间，T1导通时，IA＝Id，IC＝0，T1关断时，IA＝0，IC＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T1控制；在t2时间区间，T5导通时，IC＝Id，IA＝0，T5关断时，IC＝0，IA＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T5控制；在t1和t2时间区间，T6控常通，T2和T4常断，IB＝-Id；

在t3时间区间，T2 PWM控制，T6控制导通，T4常断，Q点电位受T2控制在UB和UC之间调制；在t4时间区间，T6 PWM控制，T2控制导通，T4常断，Q点电位受T6控制在UB和UC之间调制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，P点电位为UA；

在t3时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IB＝0，T2关断时，IC＝0，IB＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T2控制；在t4时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IC＝0，T6关断时，IB＝0，IC＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T6控制；在t3和t4时间区间，T1常通、T3和T5常断，IA＝Id；

在t5时间区间，T3 PWM控制，T1控制导通，T5常断，P点电位受T3控制在UB和UA之间调制；在t6时间区间，T1 PWM控制，T3控制导通，T5常断，P点电位受T1控制在UB和UA之间调制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，Q点电位为UC；

在t5时间区间，T3导通时，IB＝Id，IA＝0，T3关断时，IB＝0，IA＝Id；即Id在T1和T3之间切换，受T3控制；在t6时间区间，T1导通时，IB＝0，IA＝Id，T1关断时，IB＝Id，IA＝0；即Id在T1和T3之间切换，受T1控制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，IC＝-Id；

在t7时间区间，T4 PWM控制，T2控制导通，T6常断，Q点电位受T4控制在UC和UA之间调制；在t8时间区间，T2 PWM控制，T4控制导通，T6常断，Q点电位受T2控制在UC和UA之间调制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，P点电位为UB；

在t7时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IC＝0，T4关断时，IA＝0，IC＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T4控制；在t8时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IA＝0，T2关断时，IC＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T2控制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，IB＝Id；

在t9时间区间，T5 PWM控制，T3控制导通，T1常断，P点电位受T5控制在UC和UB之间调制；在t10时间区间，T3 PWM控制，T5控制导通，T1常断，P点电位受T3控制在UC和UB之间调制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，Q点电位为UA；

在t9时间区间，T5导通时，IC＝Id，IB＝0，T5关断时，IC＝0，IB＝Id；即Id在T5和T3之间切换，受T5控制；在t10时间区间，T3导通时，IC＝0，IB＝Id，T3关断时，IC＝Id，IB＝0；即Id在T5和T3之间切换，受T3控制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，IA＝-Id；

在t11时间区间，T6 PWM控制，T4控制导通，T2常断，Q点电位受T6控制在UA和UB之间调制；在t12时间区间，T4 PWM控制，T6控制导通，T2控制常断，Q点电位受T4控制在UA和UB之间调制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，P点电位为UC；

在t11时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IA＝0，T6关断时，IB＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T6控制；在t12时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IB＝0，T4关断时，IA＝0，IB＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T4控制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，IC＝Id。

4.根据权利要求3所述的三相电流型单位功率因数PWM并网逆变器控制方法，其特征在于，在所述步骤5中：

所述12个时间区间中的任意一个30°时间区间内，UA，UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；

若异号电压为正，则UA，UB和UC分别对应T1，T3或T5常通；若异号电压为负，则UA，UB和UC分别对应T4，T6或T2常通；

在两个同号电压中，无论正负总是幅值小者对应的开关处于PWM控制状态，幅值大者对应的开关管处于控制导通状态；幅值小者导通时幅值大者对应的处于控制导通状态的开关管自然进入反向阻断状态，幅值小者关断时幅值大者对应的处于控制导通状态的开关管自然进入正向导通状态，因此不需要考虑叠流时间。