CN113872462B - 输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质 - Google Patents

输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质，所述方法包括：获取所述逆变器的电压瞬时值给定和实时采样所述逆变器的输出电压瞬时值；计算所述电压瞬时值给定和输出电压瞬时值的误差，并根据所述误差获取动态调节量；将所述动态调节量叠加到所述逆变器的电压有效值给定上，得到新的逆变电压有效值给定，并根据所述新的逆变电压有效值给定实时更新逆变电压瞬时给定，以及使用所述逆变电压瞬时给定控制所述逆变器运行。本发明通过实时调整逆变器的电压给定，可在不增加任何硬件电路的情况下大大提高逆变器输出电压的响应速度。

Description

输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，尤其是涉及一种输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质。
背景技术
单相逆变电源是日常生活中最常见的供电电源，许多家用电器、小型工业设备、电力设备等都使用单相电源供电。在单相逆变电源中，主要通过单相逆变器为设备提供稳定、可靠的电压。
如图1所示，单相逆变器的有效值给定Urms为系统预先设定的，乘法器11将有效值给定Urms及锁相环12生成的锁相角的正弦值Sinwt的乘积作为动态调节环节的电压给定值，即Uref＝Urms*Sinwt，与对逆变器的输出电压进行闭环调节。
通常，单相逆变器的主要性能指标为输出稳压精度。但对于一些相对精密的设备来说，这是远远不够的，其他诸如输出电压总谐波失真度和电压动态瞬变也非常关键。例如，在通信行业标准中，要求电压动态瞬变要求范围为±5％，电压瞬间恢复时间为20ms。
由于现有的单相逆变器一般不对有效值给定Urms进行调节，或者仅对软件计算得到的实际输出电压有效值进行闭环控制。在逆变器的负载非线性变化时，由于实际输出电压有效值计算至少都是工频周期(对于50Hz电压来说为20ms)刷新的，所以整个有效值给定Urms的调节响应时间较长，基本无法满足瞬变时间20ms的时间要求。
为达到精密设备的供电要求，往往需要额外增加复杂的硬件电路，大大增加了整机成本。
发明内容
本发明实施例提供一种输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质，旨在解决的技术问题是：如何提高单相逆变器的电压动态瞬变及缩短电压瞬变恢复时间等动态指标，以满足精密设备的供电要求的问题。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种输出电压控制方法，应用于单相逆变电源，所述单相逆变电源包括逆变器和逆变控制器，所述方法包括：
获取所述逆变器的电压瞬时值给定和实时采样所述逆变器的输出电压瞬时值；
计算所述电压瞬时值给定和输出电压瞬时值的误差，并根据所述误差获取动态调节量；
将所述动态调节量叠加到所述逆变器的电压有效值给定上，得到新的逆变电压有效值给定，并根据所述新的逆变电压有效值给定实时更新逆变电压瞬时给定，以及使用所述逆变电压瞬时给定控制所述逆变器运行。
作为本发明的进一步改进，所述根据所述误差获取动态调节量，包括：
在所述误差大于或等于预设动态阈值时，根据所述误差确定动态调节时长，且在进入动态调节时刻的所述误差越大，所述动态调节时长越长；
在所述动态调节时长内，通过动态调节控制环节实时计算动态调节量。
作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：
根据逆变器发波相位角位置调整所述预设动态阈值。
作为本发明的进一步改进，所述根据逆变器发波相位角位置调整所述预设动态阈值，包括：
在发波相位角处于过零点附近时，将所述预设动态阈值设定为第一预设值；
在发波相位角处于峰值点附近时，将所述预设动态阈值设定为第二预设值，且所述第二预设值大于所述第一预设值。
作为本发明的进一步改进，所述根据所述新的逆变电压有效值给定获取逆变电压瞬时给定，包括：
将所述逆变器的电压有效值给定和逆变器锁相角的正弦值相乘，获得所述逆变电压瞬时值给定。
作为本发明的进一步改进，所述根据所述误差获取动态调节量，包括：
在所述误差小于所述预设动态阈值时，使所述动态调节量保持不变。
本发明还提供一种输出电压控制系统，应用于单相逆变电源，所述单相逆变电源包括逆变器和逆变控制器，所述系统还包括采样单元、动态调节单元以及交流给定单元，其中：
所述采样单元，用于获取所述逆变器的电压瞬时值给定和实时采样所述逆变器的输出电压瞬时值；
所述动态调节单元，用于计算所述电压瞬时值给定和逆变电压瞬时值的误差，并根据所述误差获取动态调节量；
所述交流给定单元，用于将所述动态调节量与所述逆变器的电压有效值给定进行叠加，得到新的电压有效值给定，并根据所述新的电压有效值给定实时更新逆变电压瞬时给定，以及使所述逆变控制器通过所述逆变电压瞬时给定控制所述逆变器运行。
作为本发明的进一步改进，所述动态调节单元在所述误差大于或等于预设动态阈值时，根据所述误差确定动态调节时长，并在所述动态调节时长内，通过动态调节控制环节实时计算动态调节量；
在进入动态调节时刻的所述误差越大，所述动态调节时长越长，且所述预设动态阈值根据逆变器发波相位角确定。
本发明还提供一种单相逆变电源，包括存储单元和处理单元，所述存储单元中存储有可在所述处理单元执行的计算机程序，且所述处理单元执行所述计算机程序时实现如上所述的输出电压控制方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上给定所述输出电压控制方法的步骤。
本发明的输出电压控制方法、系统、单相逆变电源及存储介质，根据逆变器的输出电压瞬时值，实时调整逆变器的电压，可在不增加任何硬件电路的情况下大大提高逆变器输出电压的响应速度。
附图说明
图1是现有单相逆变器输出控制的原理图；
图2是本发明实施例提供的输出电压控制方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的输出电压控制方法中获取动态调节量的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的输出电压控制方法的逻辑框图；
图5是本发明实施例提供的输出电压控制系统的示意图；
图6是本发明实施例提供的单相逆变电源的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
如图2所示，是本发明实施例提供的输出电压控制方法的流程示意图，该输出电压控制方法可应用于单相逆变电源，并提高单相逆变电源输出电压的响应速度。该单相逆变电源包括逆变器和逆变控制器，且本实施例的输出电压控制方法可由单相逆变电源的逆变控制器执行，或由独立于逆变控制器的控制装置执行，具体地，该方法包括：
步骤S21：实时获取逆变器的电压瞬时值给定和实时采样逆变器的输出电压瞬时值。
上述逆变器的电压瞬时值给定可通过逆变控制器中的电压环(例如电压闭环控制中的PI调节器的输入端的电压)获得，而逆变器的输出电压瞬时值则可通过采样逆变器的输出端的电压获得。其中，结合图4所示，逆变器的电压瞬时值给定可由电压有效值给定与当前的锁相角的正弦值相乘得到。上述电压有效值给定可由系统预先设定，也可根据采样逆变器输出电压有效值控制调节后获得(例如有效值给定根据按工频周期实时计算的结果进行闭环控制)。
在本发明的一个实施例中，可使用相同的频率对逆变器的电压给定和逆变器的输出电压进行采样，并获得逆变器的电压瞬时值给定和逆变器的输出电压瞬时值。在实际应用中，也可使用不同的频率对逆变器的电压给定和逆变器的输出电压进行采样。但逆变器的电压瞬时值给定的采样频率需大于逆变器的电压有效值给定的调整频率，以提高逆变器的输出电压的控制精度。
步骤S22：计算电压瞬时值给定和输出电压瞬时值的误差，并根据该误差获取动态调节量。
上述误差可以为电压瞬时值给定和逆变电压瞬时值的差值，在具体实现时直接将两者的值相减即可。误差和动态调节量相关，即在进入动态调节时刻的误差越大，动态调节量越大。并且，动态调节量可通过积分控制实时生成。
步骤S23：将动态调节量叠加到电压有效值给定上，得到新的电压有效值给定，然后根据新的电压有效值给定实时更新逆变电压瞬时值给定(例如将新的电压有效值给定乘以逆变器锁相角的正弦值更新逆变电压瞬时给定)，并使用上述更新后的逆变电压瞬时给定控制逆变器运行。即逆变控制器根据上述更新后的逆变电压瞬时值给定对其输出电压进行闭环控制。此外，上述叠加动态调节量的电压有效值给定也可用于逆变控制器内的其他操作控制。
在将动态调节量叠加到逆变器的电压有效值给定上，可直接将电压有效值给定与动态调节量进行加减。然后，逆变器的电压瞬时值给定就可由新的电压有效值给定与当前锁相角的正弦值相乘得到。
上述输出电压控制方法根据逆变器的输出电压瞬时值，实时调整逆变器的电压有效值给定，可在不增加任何硬件电路的情况下大大提高逆变器输出电压的响应速度。并且，该方法不需要单独增加任何电压或者电流检测通道，系统成本低，可靠性高。
以一台容量为10K的单相逆变电源为例，当其为9K线性负载供电时，若采用常规方式进行输出电压控制时，突加阻性满载的瞬时电压下跌为13.45％、电压瞬变恢复时间为679ms，突卸阻性满载的瞬时电压过冲为8.34％、电压瞬变恢复时间371ms，逆变控制器闭环参数的改变对于动态下跌和过冲基本没有改善，甚至有时略有加剧。
在对交流给定的有效值进行工频级调节，而不对逆变器的电压给定进行动态调节的情况下，突加阻性满载的瞬时电压下跌为12.94％、电压瞬变恢复时间为59ms，突卸阻性满载的瞬时电压过冲为9.67％、电压瞬变恢复时间为55ms,该方式能缩短输出动态恢复时间，但是调节较缓慢。
在交流给定的有效值进行工频级调节基础上，使用图2实施例的方法动态调节逆变器的电压给定时，突加阻性满载的瞬时电压下跌为4.95％、电压瞬变恢复时间为1ms，突卸阻性满载的瞬时电压过冲为2.67％、电压瞬变恢复时间为0ms。
从上述实验情况来看，通过动态调整逆变器的电压给定可明显改善单相逆变电源的动态特性。
为避免负载的微小波动导致逆变器的电压给定频繁调整，可仅在误差超过一定值(即预设动态阈值)时才对逆变器的电压给定进行调整。相应地，结合图3所示，图2的步骤S22中，根据误差获取动态调节量，具体包括：
步骤S221：在误差大于或等于预设动态阈值时，根据误差确定动态调节时长，且误差与动态调节时长相关，即在进入动态调节时刻的误差大，动态调节时间就长。
具体地，上述预设动态阈值根据逆变器发波相位角确定，在发波相位角处于过零点附近时，由于输出电压瞬时值小，可将预设动态阈值设定为第一预设值(该第一预设值相对较小)；在发波相位角处于峰值点附近时，由于输出电压瞬时值大，可将预设动态阈值设定为第而预设值(该第二预设值相对较大，并大于第一预设值)。
步骤S222：在动态调节时长内，通过动态调节控制环节实时计算动态调节量。在动态调节时长内，根据误差的实时值，经过积分控制，实时计算动态调节量，直到误差在某一范围内。
具体地，上述动态调节量可采用积分控制∫ΔU*Kidt实现。动态调节量的方向则可根据电压瞬时值给定和输出电压瞬时值的绝对值比较得到，当电压瞬时值给定的绝对值大于输出电压瞬时值的绝对值时，使动态调节量为正，否则使动态调节量为负。
特别地，在误差小于预设动态阈值时，不对逆变器的电压给定进行动态调整，例如直接将步骤S22中的动态调节量保持不变，从而避免负载的微小波动导致逆变器的电压给定频繁调整。
如图5所示，本发明还提供一种输出电压控制系统，该系统可应用于单相逆变电源，且单相逆变电源包括逆变器51和逆变控制器(图中未示出)。本发明的输出电压控制系统还包括采样单元52、动态调节单元53以及交流给定单元54。上述采样单元52、动态调节单元53以及交流给定单元54可由一个或多个微控制单元(MCU)结合相应的软件实现。其中：
采样单元52用于获取逆变器的电压瞬时值给定和实时采样逆变器的输出电压瞬时值。在本发明的一个实施例中，采样单元52可使用相同的频率对逆变器的电压给定和逆变器的输出电压进行采样。在实际应用中，采样单元52也可使用不同的频率对逆变器的电压给定和逆变器的输出电压进行采样。但逆变器的电压瞬时值给定的采样频率需大于逆变器的电压有效值给定的调整频率，以提高逆变器的输出电压的控制精度。
动态调节单元53用于计算电压瞬时值给定Uref和逆变电压瞬时值Uinv的误差，并根据误差获取动态调节量Uadj。上述误差可以为电压瞬时值给定和逆变电压瞬时值的差值，在具体实现时直接将两者的值相减即可。误差和动态调节量Uadj相关，即在进入动态调节时刻时的误差越大，动态调节量Uadj越大。并且，动态调节量Uadj可通过积分控制实时生成。
交流给定单元54用于将动态调节量Uadj与电压有效值给定Urms进行叠加，得到新的电压有效值给定，再将新的电压有效值给定乘以逆变器锁相角的正弦值作为逆变电压瞬时给定Uref，并使用逆变电压瞬时给定Uref为电压给定控制逆变器运行，即对逆变器的输出电压进行闭环控制。
在本发明的一个实施例中，动态调节单元53在误差大于或等于预设动态阈值时，根据误差确定动态调节时长，并在动态调节时长内，通过动态调节控制环节实时计算动态调节量。上述误差与动态调节时长相关，且预设动态阈值根据逆变器发波相位角确定。而在误差小于预设动态阈值时，动态调节单元53直接跳过，将动态调节量保持不变，从而交流给定单元不对逆变控制器的电压给定进行调整。
本实施例中的输出电压控制系统与上述图2-3对应实施例中的输出电压控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本系统实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种单相逆变电源6，如图6所示，该单相逆变电源6包括存储单元61和处理单元62，存储单元61中存储有可在处理单元62执行的计算机程序，且处理单元62执行计算机程序时实现如上所述的输出电压控制方法的步骤。
本实施例中的单相逆变电源5与上述图2-3对应实施例中的输出电压控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本单相逆变电源实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述输出电压控制方法的步骤。
本实施例中的存储介质与上述图2-3对应实施例中的输出电压控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本存储介质实施例中均对应适用，这里不再赘述。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的输出电压控制方法、系统及单相逆变电源，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的输出电压控制系统实施例仅仅是示意性的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种输出电压控制方法，应用于单相逆变电源，所述单相逆变电源包括逆变器和逆变控制器，其特征在于，所述方法包括：
获取所述逆变器的电压瞬时值给定和实时采样所述逆变器的输出电压瞬时值；
计算所述电压瞬时值给定和输出电压瞬时值的误差，并根据所述误差获取动态调节量；
将所述动态调节量叠加到所述逆变器的电压有效值给定上，得到新的逆变电压有效值给定，并根据所述新的逆变电压有效值给定实时更新逆变电压瞬时给定，以及使用所述逆变电压瞬时给定控制所述逆变器运行；
所述根据所述误差获取动态调节量，包括：
在所述误差大于或等于预设动态阈值时，根据所述误差确定动态调节时长，且在进入动态调节时刻的所述误差越大，所述动态调节时长越长；
在所述动态调节时长内，通过动态调节控制环节实时计算动态调节量；
在所述误差小于所述预设动态阈值时，使所述动态调节量保持不变。
2.根据权利要求1所述的输出电压控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据逆变器发波相位角位置调整所述预设动态阈值。
3.根据权利要求2所述的输出电压控制方法，其特征在于，所述根据逆变器发波相位角位置调整所述预设动态阈值，包括：
在发波相位角处于过零点附近时，将所述预设动态阈值设定为第一预设值；
在发波相位角处于峰值点附近时，将所述预设动态阈值设定为第二预设值，且所述第二预设值大于所述第一预设值。
4.根据权利要求1所述的输出电压控制方法，其特征在于，所述根据所述新的逆变电压有效值给定获取逆变电压瞬时给定，包括：
将所述逆变器的电压有效值给定和逆变器锁相角的正弦值相乘，获得所述逆变电压瞬时值给定。
5.一种输出电压控制系统，应用于单相逆变电源，所述单相逆变电源包括逆变器和逆变控制器，其特征在于，所述系统还包括采样单元、动态调节单元以及交流给定单元，其中：
所述采样单元，用于获取所述逆变器的电压瞬时值给定和实时采样所述逆变器的输出电压瞬时值；
所述动态调节单元，用于计算所述电压瞬时值给定和逆变电压瞬时值的误差，并根据所述误差获取动态调节量；
所述交流给定单元，用于将所述动态调节量与所述逆变器的电压有效值给定进行叠加，得到新的电压有效值给定，并根据所述新的电压有效值给定实时更新逆变电压瞬时给定，以及使所述逆变控制器通过所述逆变电压瞬时给定控制所述逆变器运行；
所述动态调节单元在所述误差大于或等于预设动态阈值时，根据所述误差确定动态调节时长，并在所述动态调节时长内，通过动态调节控制环节实时计算动态调节量，且在所述误差小于所述预设动态阈值时，使所述动态调节量保持不变；
在进入动态调节时刻的所述误差越大，所述动态调节时长越长，且所述预设动态阈值根据逆变器发波相位角确定。
6.一种单相逆变电源，其特征在于，包括存储单元和处理单元，所述存储单元中存储有可在所述处理单元执行的计算机程序，且所述处理单元执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的输出电压控制方法的步骤。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4中任一项所述输出电压控制方法的步骤。
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