CN117666347B - 一种交流电子负载控制方法 - Google Patents
一种交流电子负载控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117666347B CN117666347B CN202311663905.2A CN202311663905A CN117666347B CN 117666347 B CN117666347 B CN 117666347B CN 202311663905 A CN202311663905 A CN 202311663905A CN 117666347 B CN117666347 B CN 117666347B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- alternating current
- voltage
- electronic load
- power supply
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 16
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 241000135164 Timea Species 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
本发明涉及交流电子负载控制领域，具体是一种交流电子负载控制方法，本方法采用基于二阶广义积分器锁相控制器对被测电源的电压频率和相位进行检测，实时计算电流指令。既能实现模拟R、RL、RC类负载，又能实现模拟特定功率因数的恒流、恒功率负载。结合电压过零检测判定被测电源启停状态，能够有效保证在被测电源启动、停止、变频和故障等动态过程中电子负载的正确启停。
Description
技术领域
本发明涉及交流电子负载控制领域，具体是一种基于二阶广义积分器锁相环进行交流电子负载控制的方法。
背景技术
交流电子负载装置可以被应用于交流电源机器控制器、交流电机驱动变频器及其控制器的性能测试，可应用于上述设备特定负载工况模拟测试和老化测试。相较于传统的能耗性负载，电子负载装置通常具备四象限运行能力，拥有能量回馈的突出优势，具备节能环保的特点。同时，电子负载具备切换各种负载工况的灵活性，更有利于工厂的自动化生产，有助于降低能源成本和人力成本。
如图1所示，电子负载装置是根据被测电源的输出电压和期望模拟的负载模型，计算出电子负载的电流指令，通过控制电子负载的输入电流实现对不同类型负载的模拟。因此被测电源输出电压检测技术以及电流控制器是其稳定高效运行的关键环节。对于模拟R、RL和RC负载，可以根据负载电路拓扑的数学模型和被测电源灯实时输出电压值计算出电流指令，但是对于模拟特定功率因数的恒流、恒功率负载需要检测被测电源电压频率和相位信息，再实时计算电流指令；由于交流电源的特点，被测电源的启动、停止和变频等动态过程容易导致控制器对电源的启停状态、电压频率和相位的误判，容易出现被测电源输出停止而电子负载仍在工作的情况，最终导致电子负载产生自激震荡问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于二阶广义积分器的交流电子负载控制方法，对被测电源的电压频率和相位进行检测，实时计算电流指令。既能实现模拟R、RL、RC类负载，又能实现模拟特定功率因数的恒流、恒功率负载。同时能够有效保证在被测电源启动、停止和变频等动态过程电子负载正确启停。
为了解决所示技术问题，本发明采用的技术方案是：一种交流电子负载控制方法，包括以下步骤：
S01）、检测单相被测交流电源的输出电压v，将输出电压v输入二阶广义积分器，得到一组正交信号、，信号比信号滞后90°；
S02）、将正交信号、进行Park变换，得到d轴和q轴电压分量，然后将q轴电压分量输入闭环锁相控制器，得到被测电源电压频率估计值和相位估计值；
S03）、采用滞环比较器对被测电源的输出电压进行同步过零检测，滞环比较器输出发生跳变时为电压过零点，通过两个过零点的时间间隔计算出被测电源电压v的频率，结合电压频率估计值与，以公式（7）作为判定被测交流电源启停和故障检测的条件：
（7），
若公式（7）成立，说明被测交流电源处于正常运行的状态，运行交流电子负载；若公式（7）不成立，说明被测交流电源关闭或出现故障，关闭交流电子负载；
S04）、模拟生成R、RL、RC、特定功率因数的恒流负载、恒功率负载的电流指令；
其中特定功率因数的恒流负载的电流指令为：
（11），
其中为设定的电流有效值，为设定的功率因数，规定时，电流超前；时，电流滞后；为在时刻的相位估计值；
恒功率负载的电流指令为：
（12），
其中为设定的有功功率，为设定的功率因数，为时刻的电压有效值，为在时刻的相位估计值；
S05）、将电流指令输入交流电子负载控制器，交流电子负载控制器生成PWM信号作为交流电子负载开关管的驱动信号。
进一步的，采用二阶显式Adams方法对正交信号、进行离散化求解。
进一步的，交流电子负载控制为电流双闭环、电压采样前馈式控制器。
进一步的，R负载的电流指令为： (8)，
其中为设定的电阻值，为被测交流电源的当前采样电压值。
进一步的，RL负载的电流指令为： (9)，
其中：为被测交流电源的当前采样电压值，为上次采样周期的电流指令，为采样时间间隔，、为设定的电阻值。
进一步的，RC负载的电流指令为：
(10)，
其中：为被测交流电源的当前采样电压值，为被测交流电源的上次采样电压值，为上次采样周期的电流指令，、为设定的电阻值，为采样时间间隔。
本发明的有益效果：本发明所述交流电子负载控制方法采用基于二阶广义积分器锁相控制器对被测电源的电压频率和相位进行检测，实时计算电流指令。既能实现模拟R、RL、RC类负载，又能实现模拟特定功率因数的恒流、恒功率负载。同时能够有效保证在被测电源启动、停止和变频等动态过程电子负载正确启停。
附图说明
图1为交流电子负载测试被测电源的原理图；
图2为改进的二阶广义积分器构造被测电源输出电源的正交信号的示意图；
图3为单相锁相环的控制框图；
图4为过零检测滞环比较器的工作原理图；
图5为交流电子负载逆变侧拓扑图；
图6为交流电子负载控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种基于二阶广义积分器的交流负载控制方法，首先检测单相被测交流电源的输出电压，经过正交发生器实现对的完全跟踪，并构造滞后90°的正交分量。和由静止两相坐标系向旋转坐标系转换，控制实现电压矢量的同步锁定，进而获取电压的频率及相位。
具体的，本方法包括以下步骤：
S01）、检测单相被测交流电源的输出电压，将输出电压输入正交发生器，得到一组正交信号、，信号比信号滞后90°。
本实施例采用改进的二阶广义积分器作为正交发生器，如图2所示。
改进的二阶广义积分器公式如下：
(1)，
式中k为比例控制器系数，为电源电压的角频率估计值，s表示拉普拉斯变换中的复数。
理想的二阶广义积分器利用内模原理，在频率为处的增益无穷大，理论上可以实现对频率为的正弦输入信号进行无静差跟踪。同时在其他频段增益处于衰减态，因此在确定正弦输入信号基波频率的前提下具有较好的滤波特性。传统的二阶广义积分器品质因数，由式（1）可知，改进的二阶广义积分器的品质因数，改进的二阶广义积分器避免了扰动对系统动态特性的影响。增益越小，系统的品质因数越佳，但同时降低了系统响应速度，因此折中选择。由于将控制器输出作为计算过程中的参数，因此改进二阶广义积分器兼具频率自适应的特点。
为便于数字系统中二阶广义积分器的实现，需将式（1）进行离散化求解，本发明采用二阶显示Adams方法：
(2)
式中为的导数，为的导数，为采样时间间隔。表示在时刻的电压采样值，、分别表示在时刻的电压正交信号，、分别表示在时刻的电压正交信号，k表示比例控制器系数。
S02）、将正交信号、进行Park变换，得到d轴和q轴电压分量、，然后将q轴电压分量输入闭环锁相控制器，得到被测电源电压频率估计值和相位估计值。
闭环锁相控制器如图3所示，根据式(1)的正交化关系，假设电压正交信号为：
（3），
式中为电压峰值，为电压角频率。
将式(3)进行Park坐标变换后，d轴和q轴电压分量为：
（4），
(5)
其中为电压相位估计值。
当电压相位估计值与电压实际相位的误差较小时，式(6)成立。
(6)
式子6改为
表示相位误差。
由此可知，图3可以实现对电压相位的闭环跟踪，得到。同时得到电压角频率估计值。
S03）、采用滞环比较器对被测电源的输出电压进行同步过零检测。如图4所示，滞环比较器带宽为BW。当电压大于时，比较器输出1；当电压小于时，比较器输出-1；当电压处于滞环带内时，比较器保持当前输出量。
滞环比较器输出发生跳变时为电压过零点，通过两个过零点的时间间隔计算出被测电源电压v的频率，结合电压频率估计值与，以公式（7）作为判定被测交流电源启停和故障检测的条件：
（7），
若公式（7）成立，说明被测交流电源处于正常运行的状态，运行交流电子负载；若公式（7）不成立，说明被测交流电源关闭或出现故障，关闭交流电子负载。
S04）、模拟生成R、RL、RC、特定功率因数的恒流负载、恒功率负载的电流指令；
R、RL、RC负载根据用户设定的电阻值生成电流指令，具体的：
R负载的电流指令为：
(8)，
其中为设定的电阻值，为被测交流电源的当前采样电压值。
RL负载的电流指令为：
(9)，
其中：为被测交流电源的当前采样电压值，为上次采样周期的电流指令，为采样时间间隔，、为设定的电阻值。
RC负载的电流指令为：
(10)，
其中：为被测交流电源的当前采样电压值，为被测交流电源的上次采样电压值，为上次采样周期的电流指令，、为设定的电阻值，为采样时间间隔。
恒流负载根据用户设定的电流有效值和功率因数，生成电流指令：
特定功率因数的恒流负载的电流指令为：
（11），
其中为设定的电流有效值，为设定的功率因数，规定时，电流超前；时，电流滞后，为在时刻的相位估计值。
恒功率负载的电流指令为：
（12），
其中为设定的有功功率，为设定的功率因数，为时刻的电压有效值，为在时刻的相位估计值。
上述方案直接利用用户设置参数进行计算，避免使用反三角函数求解角度，缩短计算时间。
S05）、将电流指令输入交流电子负载控制器，交流电子负载控制器生成PWM信号作为交流电子负载开关管的驱动信号。
如图5所示，为交流电子负载逆变器侧拓扑图，检测交流电子负载电感电流IL、电容电流IC、输出电流IO，并标注了各采样电流方向。计算出的电流指令输入到交流电子负载控制器中，具体如图6所示，交流电子负载控制为电流双闭环、电压采样前馈式控制器，经过两级电流闭环控制以及电压反馈后生成调制波，通过SPWM生成脉宽调制信号，输入图5所示交流电子负载，控制交流电子负载中的开关管通断，从而实现对交流电子负载的控制。
以上，描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种交流电子负载控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01）、检测单相被测交流电源的输出电压v，将输出电压v输入二阶广义积分器，得到一组正交信号、，信号比信号滞后90°；
S02）、将正交信号、进行Park变换，得到d轴和q轴电压分量，然后将q轴电压分量输入闭环锁相控制器，得到被测电源电压频率估计值和相位估计值；
S03）、采用滞环比较器对被测电源的输出电压进行同步过零检测，滞环比较器输出发生跳变时为电压过零点，通过两个过零点的时间间隔计算出被测电源电压v的频率，结合电压频率估计值与，以公式（7）作为判定被测交流电源启停和故障检测的条件：
（7），
若公式（7）成立，说明被测交流电源处于正常运行的状态，运行交流电子负载；若公式（7）不成立，说明被测交流电源关闭或出现故障，关闭交流电子负载；
S04）、模拟生成R、RL、RC、特定功率因数的恒流负载、恒功率负载的电流指令；
其中特定功率因数的恒流负载的电流指令为：
（11），
其中为设定的电流有效值，为设定的功率因数，规定时，电流超前；时，电流滞后；为在时刻的相位估计值；
恒功率负载的电流指令为：
（12），
其中为设定的有功功率，为设定的功率因数，为时刻的电压有效值，为在时刻的相位估计值；
S05）、将电流指令输入交流电子负载控制器，交流电子负载控制器生成PWM信号作为交流电子负载开关管的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的交流电子负载控制方法，其特征在于：采用二阶显式Adams方法对正交信号、进行离散化求解。
3.根据权利要求1所述的交流电子负载控制方法，其特征在于：交流电子负载控制为电流双闭环、电压采样前馈式控制器。
4.根据权利要求1所述的交流电子负载控制方法，其特征在于：R负载的电流指令为：(8)，
其中为设定的电阻值，为被测交流电源的当前采样电压值。
5.根据权利要求1所述的交流电子负载控制方法，其特征在于：RL负载的电流指令为：(9)，
其中：为被测交流电源的当前采样电压值，为上次采样周期的电流指令，为采样时间间隔，、为设定的电阻值。
6.根据权利要求1所述的交流电子负载控制方法，其特征在于：RC负载的电流指令为：
(10)，
其中：为被测交流电源的当前采样电压值，为被测交流电源的上次采样电压值，为上次采样周期的电流指令，、为设定的电阻值，为采样时间间隔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311663905.2A CN117666347B (zh) | 2023-12-06 | 2023-12-06 | 一种交流电子负载控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311663905.2A CN117666347B (zh) | 2023-12-06 | 2023-12-06 | 一种交流电子负载控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117666347A CN117666347A (zh) | 2024-03-08 |
| CN117666347B true CN117666347B (zh) | 2024-06-28 |
Family
ID=90078435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311663905.2A Active CN117666347B (zh) | 2023-12-06 | 2023-12-06 | 一种交流电子负载控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117666347B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109617550A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-12 | 深圳市鼎泰佳创科技有限公司 | 基于二阶广义积分器的单相锁相环的控制方法 |
| CN109981103A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-05 | 华北水利水电大学 | 一种双二阶广义积分器锁频环的参数优化方法及系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109921671B (zh) * | 2019-03-20 | 2020-09-04 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 单相逆变器并联控制方法、控制系统及逆变器 |
-
2023
- 2023-12-06 CN CN202311663905.2A patent/CN117666347B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109617550A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-12 | 深圳市鼎泰佳创科技有限公司 | 基于二阶广义积分器的单相锁相环的控制方法 |
| CN109981103A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-05 | 华北水利水电大学 | 一种双二阶广义积分器锁频环的参数优化方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117666347A (zh) | 2024-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Toliyat et al. | A review of RFO induction motor parameter estimation techniques | |
| Jemli et al. | Sensorless indirect stator field orientation speed control for single-phase induction motor drive | |
| CN103326611B (zh) | 一种三相电压源型pwm变流器的预测直接功率控制方法 | |
| CN100472935C (zh) | 同步电动机的控制装置及其调整方法 | |
| CN107302330B (zh) | 一种表贴式永磁同步电机最小损耗控制方法 | |
| CN106788045B (zh) | 一种永磁同步电机模型预测pi动态权重并行控制方法 | |
| CN109787491A (zh) | 基于虚拟磁链的三相Vienna整流器预测直接功率控制方法 | |
| Parasiliti et al. | Sensorless speed control of a PM synchronous motor based on sliding mode observer and extended Kalman filter | |
| CN110609230B (zh) | 一种永磁同步电机的功率级模拟驱动系统及方法 | |
| Rashag et al. | Modified direct torque control using algorithm control of stator flux estimation and space vector modulation based on fuzzy logic control for achieving high performance from induction motors | |
| US20050253550A1 (en) | Leakage inductance saturation compensation for a slip control technique of a motor drive | |
| CN109067217B (zh) | 三相电压型pwm整流器的线性自抗扰控制器的设计方法 | |
| CN107834919B (zh) | 电流响应型永磁同步电机及其驱动系统的单相模拟器 | |
| CN103117702B (zh) | 一种高精度永磁同步电机的无速度传感器估计方法 | |
| CN112039123B (zh) | 一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法 | |
| CN116094025A (zh) | 一种含跟网型和构网型变流器功率系统暂态稳定分析方法 | |
| Hoshino et al. | Output voltage correction for a voltage source type inverter of an induction motor drive | |
| CN106385216A (zh) | 一种永磁同步电机电流预测控制稳态误差消除方法及系统 | |
| CN115566919A (zh) | 提高并网逆变器暂态稳定性的控制方法及装置 | |
| Miloudi et al. | Variable gain PI controller design for speed control and rotor resistance estimation of an indirect vector controlled induction machine drive | |
| CN117666347B (zh) | 一种交流电子负载控制方法 | |
| CN111190074B (zh) | 一种基于单相锁相环的电网同步检测方法 | |
| CN109633441B (zh) | 一种异步电机短路试验方法 | |
| CN112003318A (zh) | 一种风电并网逆变器直流母线电压控制方法 | |
| 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 |
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 |