CN113472250B - 一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法 - Google Patents

一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113472250B
CN113472250B CN202110759966.3A CN202110759966A CN113472250B CN 113472250 B CN113472250 B CN 113472250B CN 202110759966 A CN202110759966 A CN 202110759966A CN 113472250 B CN113472250 B CN 113472250B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
capacitor voltage
value
capacitor
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110759966.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113472250A (zh
Inventor
鲁家栋
苏越
胡义华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202110759966.3A priority Critical patent/CN113472250B/zh
Publication of CN113472250A publication Critical patent/CN113472250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113472250B publication Critical patent/CN113472250B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及三相四开关逆变器控制方法，特别是涉及一种三相四开关逆变器中电容电压偏移的抵抗方法。该方法首先根据系统要求的电压抑制速度，设定调节因子k；采集两个电容C1和C2的真实电压值VDC1和VDC2，两者相减得到两个电容C1和C2的电压差值；之后利用调节因子对电容电压反馈值进行电压修正，得到电容电压的修正值V* DC1和V* DC2；将电压差值和电容电压的修正值施加到系统的空间矢量脉宽调制控制系统中，系统将会自动产生相应的开关信号Sb、Sc施加到相应的开关器件上，从而抑制电容电压的偏移，并使系统正常工作。该方法不需要添加滤波器或者陷波器，也不需要复杂的计算过程，同时避免了系统时滞问题。

Description

一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法
所属技术领域
本发明涉及三相四开关逆变器控制方法，特别是涉及一种三相四开关逆变器中电容电压偏移的抵抗方法。
背景技术
近年来，将三相六开关逆变器一个桥臂上的两个开关器件用电容器代替而形成的三相四开关逆变器具有广泛的应用前景，这种新的逆变器拓扑结构减少了两个开关器件，不仅降低了系统成本，减少了驱动电路，在低成本应用中具有更大的优势，更为重要的是这种拓扑结构可以看作三相六开关逆变器的某一桥臂功率管故障容错的拓扑。但是这种拓扑结构也存在问题，其中之一就是直流母线电容器电压不平衡，由于单相负载直接连接到直流母线上下电容器中点，当电容器中点电流一旦不对称，两个电容器的电压就会偏移，当两个电容器的电压在运行过程中不一致时，会显著降低系统性能。
关于现有的抑制电容电压偏移的策略，大致可以分为两类：其一是利用滤波器或者陷波器提取直流分量来达到抑制的效果[1]。其二是采用模型预测控制策略，这种方法的基础是数学建模，并通过已知的状态信息和未来信息，预测出系统未来某个时间段的输出量，最后通过最优化选择得到最优控制信号，同时需要满足目标函数值最小，最后将其施加到被控对象上[2]。
总之，当直流母线电容器电压不平衡时，电机绕组上的电压会波动，电压空间矢量会发生畸变，严重影响系统的可靠性，甚至破坏逆变器。然而，为了解决上述问题，前文所述方案中，当采用低通滤波器时，其小带宽限制了抑制方案的动态性能。采用模型预测控制策略时，参数整定工作量很大，可能导致系统的时滞问题，复杂的控制算法的实用性也有一定的限制。
[1]C.Zhu,Z.Zeng and R.Zhao,"Comprehensive Analysis and Reduction ofTorque Ripples in Three-Phase Four-Switch Inverter-Fed PMSM Drives UsingSpace Vector Pulse-Width Modulation,"inIEEE Transactions on PowerElectronics,vol.32,no.7,pp.5411-5424,July 2017,doi:10.1109/TPEL.2016.2605160.
[2]D.Sun,J.Su,C.Sun and H.Nian,"A Simplified MPFC With CapacitorVoltage Offset Suppression for the Four-Switch Three-Phase Inverter-Fed PMSMDrive,"inIEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.66,no.10,pp.7633-7642,Oct.2019,doi:10.1109/TIE.2018.2880699.
发明内容
现有的抑制电容电压偏移的策略存在以下的问题：
(1)利用滤波器或者陷波器提取直流分量来达到抑制的效果，其小带宽将严重影响电容电压偏移抑制方案的控制性能；
(2)采用模型预测控制策略时，参数整定工作量大，可能导致系统的时滞问题；另外，控制方法的参数整定非常困难，控制算法的实用性也受到限制；
(3)上述的方案操作不是特别简便，在实际工程应用时，会存在局限性。
为了解决上述问题，本发明没有采用滤波器或者陷波器，因此不需要考虑带宽对电容电压偏移抑制方案控制性能的影响；省去了复杂的算法，系统工作量很小，策略简单，在工业应用中具有极强的可操作性；添加了只针对电容电压偏移的调节因子，根据实际要求设定合适的值，就可以达到理想的效果。
针对上述存在的问题，本发明提供一种自抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法，主要为：首先根据系统要求的电压抑制速度，设定调节因子k；采集两个电容C1和C2的真实电压值VDC1和VDC2，两者相减得到两个电容C1和C2的电压差值；之后利用调节因子对电容电压反馈值进行电压修正，得到电容电压的修正值V* DC1和V* DC2；将电压差值和电容电压的修正值施加到系统的空间矢量脉宽调制控制系统中，系统将会自动产生相应的开关信号Sb、Sc施加到相应的开关器件上，从而抑制电容电压的偏移，并使系统正常工作。
本方案的主要原理如下：
在三相四开关系统正常工作时，会有四个基本电压矢量，其值会受到两个电容电压的影响；假设两个电容电压的修正值V* DC1和V* DC2之和与电容电压的真实值VDC1和VDC2之和相等；以第一扇区为例说明，当三相四开关系统正常工作时，合成输出电压矢量过程中，根据原期望输出电压矢量uα和uβ，可以计算出原基本电压矢量的作用时间T00、T10和T11；
Figure BDA0003149185740000021
其中，uα和uβ是原期望输出电压矢量的分解值；V00和V11为原基本电压矢量；T00、T10和T11为原基本电压矢量的作用时间；TS为合成期望输出电压矢量作用周期；VDC为直流母线电压值，Δu为VDC2与VDC1之差。
当采用本方案时，合成输出电压矢量过程中，期望输出电压矢量不变化，基本电压矢量发生变化，变为V’00和V’11，可以计算出新基本电压矢量的作用时间T’00、T’10和T’11。
Figure BDA0003149185740000031
其中，Δu’为V* DC2与V* DC1之差。
将上式得到的新基本电压矢量的作用时间T’00、T’10和T’11替换原基本电压矢量的作用时间T00、T10和T11，就会产生新的期望输出电压矢量u’α和u’β，如公式(3)所示：
Figure BDA0003149185740000032
这样就会得到的新的期望输出电压矢量，其与原期望输出电压矢量相比，如公式(4)所示，添加了一个电压偏置：
Figure BDA0003149185740000033
原基本电压矢量的偏差为公式(5)，当公式(4)中添加的电压偏置与原基本电压矢量的偏差相抵消时，即为公式(6)，即可抑制电容电压偏移；
Figure BDA0003149185740000034
Figure BDA0003149185740000035
公式(6)可以计算得到：
Figure BDA0003149185740000036
设置V* DC1和V* DC2为公式(8)，上述的过程是k＝1时的情况，没有考虑抑制速度的影响，因此当考虑抑制速度时，需要调节k即可抑制电容电压偏移。
Figure BDA0003149185740000041
本发明中的技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的三相四开关逆变器中电容电压偏移的抑制方法不需要添加滤波器或者陷波器，也不需要复杂的计算过程，因此不会存在小带宽将影响电容电压偏移抑制方案的控制性能的问题，此外，简单的算法避免了系统时滞问题。方案中包含一个调节因子，根据实际要求的抑制速度来设定调节因子，如要求快速抑制，设定较大的调节因子，如要求较小的抑制速度，设定较小的调节因子。当设定好调节因子之后，利用调节因子对电容电压反馈值进行电压修正，将电容电压的修正值施加到系统的空间矢量脉宽调制控制系统中，控制系统将会驱动开关器件，此时，系统将自动抵抗电容电压偏移，当电容电压满足要求后，也不用需要有其他操作，该方法具有良好的抑制效果和自动反偏移能力。此方法具有极强的可操作性和广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明方法适用的三相四开关逆变器及其基本结构图；
其中VDC为直流母线电压值；iDC为直流母线的电流值；VDC1为电容C1电压值；VDC2为电容C2电压值；iC1为流过电容C1电流值；iC2为流过电容C2电流值；iA、iB、iC分别为电机的A、B、C三相的电流值；点A、B、C分别为电机的A、B、C三相绕组；S1、S2、S3、S4分别四个开关器件；PMSM为永磁同步电机。
图2为本发明方法的原理推导图；
其中V* basic为新基本电压矢量；Vbasic为原基本电压矢量；u* out为新期望输出电压矢量；uout为原期望输出电压矢量；T为新基本电压矢量作用时间。
图3为本发明方法的控制结构框图。
其中VDC1为电容C1电压真实值；VDC2为电容C2电压真实值；V* DC1为电容C1电压修正值；V* DC2为电容C2电压修正值；ΔA为策略抑制速度公式；Sb、Sc为脉宽调制策略产生的驱动信号。
具体实施方式
如图1-2所示，为本发明的三相四开关变逆变器中电容电压偏移的抑制方法的结构示意图，其中，图2展示了本发明方法的控制结构框图，其具体步骤如下：
S1、根据系统要求的电压抑制速度ΔA，代入到公式(9)中，设定一个调节因子k，如要求快速抑制，设定较大的调节因子，如要求慢速抑制，设定较小的调节因子；
Figure BDA0003149185740000051
S2、根据图1所示，采集两个电容C1和C2的真实电压值VDC1和VDC2，利用公式(8)对电容电压反馈值进行修正，得到电容电压的修正值V* DC1和V* DC2；
S3、将电容电压的修正值V* DC1和V* DC2，施加到系统的SVPWM中；
S4、系统中SVPWM根据输入的电容电压值产生相应的开关信号Sb、Sc施加到相应的开关器件上，使系统正常工作。
本发明提供了一个具体实施例如下：
首先讲系统要求的电压抑制速度代入公式(1)中，得到调节因子k的范围为0到1.8之间；采集两个电容C1和C2的真实电压值VDC1和VDC2分别为180V和131V，两者相减得到两个电容C1和C2的电压差值为49V；之后利用调节因子对电容电压反馈值进行电压修正，得到电容电压的修正值V* DC1和V* DC2；将电压差值和电容电压的修正值施加到系统的空间矢量脉宽调制控制系统中，系统将会自动产生相应的开关信号Sb、Sc施加到相应的开关器件上。实验结果如下表：
表1某种环境下采用本抵抗方案的实验结果
Figure BDA0003149185740000052
由结果可知，当k值增大时，抵抗电容电压电压偏移时间会减少，因此所设计的方案可以抑制电容电压的偏移，使系统正常工作。

Claims (1)

1.一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将系统要求的电压抑制速度ΔA，代入到公式(1)中，设定一个调节因子k:
Figure FDA0003989757660000011
S2、采集两个电容C1和C2的真实电压值VDC1和VDC2，两者相减得到电压差值，利用公式(2)对电容电压反馈值进行修正，得到电容电压的修正值
Figure FDA0003989757660000012
和
Figure FDA0003989757660000013
Figure FDA0003989757660000014
S3、将电容电压的修正值
Figure FDA0003989757660000015
和
Figure FDA0003989757660000016
以及电压差值施加到系统的SVPWM中；
S4、系统中SVPWM根据输入的电容电压的修正值
Figure FDA0003989757660000017
和
Figure FDA0003989757660000018
以及电压差值产生相应的开关信号Sb、Sc施加到相应的开关器件上。
CN202110759966.3A 2021-07-06 2021-07-06 一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法 Active CN113472250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110759966.3A CN113472250B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110759966.3A CN113472250B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113472250A CN113472250A (zh) 2021-10-01
CN113472250B true CN113472250B (zh) 2023-02-17

Family

ID=77878331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110759966.3A Active CN113472250B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113472250B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020001163A (ko) * 2000-06-26 2002-01-09 구자홍 스위치 4개를 이용한 3상 인버터의 전압 보상회로 및 방법
CN1332515A (zh) * 2000-06-26 2002-01-23 Lg电子株式会社 对采用四个开关的三相逆变器进行电压补偿的装置和方法
CN105634364A (zh) * 2016-03-23 2016-06-01 华中科技大学 一种三相四开关变频调速系统中电容电压漂移的抑制方法
CN207124578U (zh) * 2016-12-30 2018-03-20 徐州中矿大传动与自动化有限公司 四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602007011262D1 (de) * 2007-09-05 2011-01-27 Abb Oy Ein-Phasen-zu-Drei-Phasen-Wandler
CN106788094B (zh) * 2016-12-29 2018-10-30 西南交通大学 一种抑制直流侧电容电压波动的直接转矩控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020001163A (ko) * 2000-06-26 2002-01-09 구자홍 스위치 4개를 이용한 3상 인버터의 전압 보상회로 및 방법
CN1332515A (zh) * 2000-06-26 2002-01-23 Lg电子株式会社 对采用四个开关的三相逆变器进行电压补偿的装置和方法
CN105634364A (zh) * 2016-03-23 2016-06-01 华中科技大学 一种三相四开关变频调速系统中电容电压漂移的抑制方法
CN207124578U (zh) * 2016-12-30 2018-03-20 徐州中矿大传动与自动化有限公司 四开关逆变器三相电机无传感器驱动系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Four-switch three-phase PMSM converter with output voltage balance and DC-link voltage offset suppression;Hicham Fadil et al.;《2016 International Conference on Electrical Sciences and Technologies in Maghreb (CISTEM)》;20171016;第1-7页 *
具有电压补偿的四开关并网逆变器等效SVPWM控制方法;谭兴国 等;《电力系统保护与控制》;20140101;第42卷(第1期);第1-8页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113472250A (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5712987B2 (ja) 電力変換装置の制御方法
Lee et al. Online capacitance estimation of DC-link electrolytic capacitors for three-phase AC/DC/AC PWM converters using recursive least squares method
CN109412482B (zh) 一种准z源逆变器-永磁同步电机系统统一预测控制方法
WO2011151977A1 (en) Electric motor controller and electric motor control system
EP2273661A1 (en) Converter control method
Zhou et al. Time delay compensation-based fast current controller for active power filters
JP5412820B2 (ja) 交流電動機の制御装置及び制御方法
US11722072B2 (en) Inverter circuit control method and device thereof
CN112583315A (zh) 一种三电平永磁同步电动机三矢量模型预测转矩控制方法
CN112039386A (zh) 一种基于模糊准比例谐振的永磁同步电机转矩脉动抑制方法
CN116526919A (zh) 一种永磁同步电机伺服系统及其电流预测控制方法、装置
CN113472250B (zh) 一种抵抗三相四开关逆变器中电容电压偏移的方法
CN114301361B (zh) 一种基于母线电流控制的无电解电容永磁同步电机驱动系统控制方法
Wang et al. Comparative study of low-pass filter and phase-locked loop type speed filters for sensorless control of AC drives
CN115833690A (zh) 六相永磁同步电机无参数模型预测电流控制系统及方法
CN111525551B (zh) 一种不平衡电网电压下整流器的目标控制方法和系统
CN105720842B (zh) 一种两电平pwm整流器延时补偿控制方法
Kim et al. Robust speed control of PMSM using Kalman filter load torque observers
CN110649649A (zh) 用于孤岛微网下低成本无电压传感器载波移相方法
Jamallo et al. Robust Synchronizing Method for Unbalanced Weak Grid Connected Converters with High Power Quality
JP3252634B2 (ja) インバータ回路の出力電圧制御方法
WO2023176484A1 (ja) モータ駆動システム、及びモータ駆動プログラム
CN117254735B (zh) 基于高频方波注入的无位置传感器自抗扰控制方法
CN110190765B (zh) 基于无差拍控制的三相电压型pwm变换器抗扰动新方法
CN110061642B (zh) 基于稳定控制器的三相电压型pwm变换器无差拍控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant