CN213990148U - 一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，包括AC‑DC电源模块、DC‑AC电源模块、采样模块和控制模块。采样模块采样AC‑DC电源模块的输入电压、电感电流和母线电压并发送给控制模块，控制模块根据上述采样数据控制AC‑DC电源模块输出受控的直流电压值。受控的直流电压值输入到DC‑AC电源模块，采样模块采DC‑AC电源模块的母线电压、电感电流、输出电压和输出电流，控制模块根据上述采样数据控制DC‑AC电源模块输出受控的交流电压值。本实用新型通过对输入电压、母线电压、输出电压等进行采样，使输出电压控制在一个合理的范围之内，实现了负载不平衡下的电压精确控制。

Description

一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，尤其涉及一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置。

背景技术

测试电源是电子技术常用的仪器设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验和科学研究所不可缺少的电子仪器。同时随着科技的发展，负载呈现出多样性，在生产生活中，对供电设备能都带不平衡负载及非线性负载的能力要求越来越高。因此给测试电源提出了新的需求：实现负载不平衡下电压的精确控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，可以解决现有技术中负载不平衡而导致的电压不能精确控制的问题。

本实用新型的目的是技术方案实现的：

一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，包括AC-DC电源模块、DC-AC电源模块、采样模块和控制模块；所述的采样模块采样AC-DC电源模块的输入电压、电感电流和母线电压并发送给控制模块，控制模块根据采样的AC-DC电源模块的输入电压、电感电流和母线电压，控制AC-DC电源模块输出受控的直流电压值；受控的直流电压值输入到DC-AC电源模块，采样模块采DC-AC电源模块的母线电压、电感电流、输出电压和输出电流，控制模块根据采样的DC-AC电源模块的母线电压、电感电流、输出电压和输出电流，控制DC-AC电源模块输出受控的交流电压值。

进一步的，所述的AC-DC电源模块包括依次连接的输入保护电路、共模滤波电路、差模滤波电路、第一单相H桥电路和第一母线电容；线电压从输入保护电路输入，经共模滤波电路和差模滤波电路滤波后，再经过第一单相H桥整流后，通过母线电容输出受控的直流电压给DC-AC电源模块。

进一步的，所述的DC-AC电源模块包括第二母线电容、第二单相H桥电路、LC滤波电路、输出共模滤波电路和输出继电器；受控的直流电压输入到第二母线电容后，经过第二单相H桥电路整流、LC滤波电路和输出共模滤波电路滤波后，从输出继电器的输出端输出受控的交流电压。

进一步的，所述的采样模块包括输入电压采样模块、第一电感电流采样模块、第一母线电压采样模块、第二母线电压采样模块、第二电感电流采样模块、输出电流采样模块和输出电压采样模块；输入电压采样模块采样AC-DC电源模块的输入端的线电压，将采样的输入电压值发送给控制模块；第一电感电流采样模块采样AC-DC电源模块的差模滤波电路的电感电流值并发送给控制模块；第一母线电压采样模块采样第一母线电容的电压值并发送给控制模块；第二母线电压采样模块采样第二母线电容的电压值并发送给控制模块；第二电感电流采样模块采样LC滤波电路的电感电流值并发送给控制模块；输出电流采样模块采样DC-AC电源模块的输出电流值并发送给控制模块；输出电压采样模块采样DC-AC电源模块的输出电压值并发送给控制模块。

进一步的，所述的输入电压采样模块和输出电压采样模块使用电压互感器。

进一步的，第一电感电流采样模块和第二电感电流采样模块使用电流霍尔传感器。

进一步的，第一母线电压采样模块和第二母线电压采样模块使用电压隔离采样器件。

进一步的，所述的输出电流采样模块采样电流互感器。

本实用新型的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，通过对输入电压、母线电压、输出电压等进行采样，使输出电压控制在一个合理的范围之内，实现了负载不平衡下的电压精确控制。

附图说明

图1为本实用新型的实现负载不平衡下电压精确控制的装置的电路框图；

图2为本实用新型的AC-DC电源模块框图；

图3为本实用新型的DC-AC电源模块框图；

图4为利用对称分量法对输入的线电压进行分解的流程图；

图5为复合重复控制策略的控制流程图；

图6为未使用重复控制时变流器控制特性示意图；

图7为使用重复控制后变流器控制特性示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本实用新型的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，包括AC-DC电源模块、DC-AC电源模块、采样模块和控制模块。采样模块采样AC-DC电源模块的输入电压、电感电流和母线电压，控制模块根据上述采样数据控制AC-DC电源模块输出受控的直流电压值。AC-DC电源模块输出的直流电压值输入到DC-AC电源模块，采样模块采DC-AC电源模块的母线电压、电感电流、输出电压和输出电流，控制模块根据上述采样数据控制DC-AC电源模块输出受控的交流电压值。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，AC-DC电源模块包括依次连接的输入保护电路、共模滤波电路、差模滤波电路、第一单相H桥电路和第一母线电容。线电压从输入保护电路输入，经共模滤波电路和差模滤波电路滤波后，再经过第一单相H桥整流后，通过母线电容输出受控的直流电压给DC-AC电源模块。

输入保护电路由熔断器和软起电阻组成。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，DC-AC电源模块包括第二母线电容、第二单相H桥电路、LC滤波电路、输出共模滤波电路和输出继电器。受控的直流电压输入到第二母线电容后，经过第二单相H桥电路整流、LC滤波电路和输出共模滤波电路滤波后，从输出继电器的输出端输出受控的交流电压。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，采样模块包括输入电压采样模块、第一电感电流采样模块、第一母线电压采样模块、第二母线电压采样模块、第二电感电流采样模块、输出电流采样模块和输出电压采样模块。输入电压采样模块采样AC-DC电源模块的输入端的线电压，将采样电压值发送给控制模块。第一电感电流采样模块采样AC-DC电源模块的差模滤波电路的电感电流值并发送给控制模块。第一母线电压采样模块采样第一母线电容的电压值并发送给控制模块。第二母线电压采样模块采样第二母线电容的电压值并发送给控制模块。第二电感电流采样模块采样LC滤波电路的电感电流值并发送给控制模块。输出电流采样模块采样DC-AC电源模块的输出电流值并发送给控制模块。输出电压采样模块采样DC-AC电源模块的输出电压值并发送给控制模块。

本实用新型中，输入电压采样和输出电压采样使用电压互感器，差模滤波电路的电感电流和LC滤波电路的电感电流这种交流电流采样使用电流霍尔传感器。第一母线电容的电压采样(DC800V)和第二母线电容的电压采样使用电压隔离采样器件。高低压之间满足至少AC4000V加强绝缘。电压互感器隔离电压为3kV。VAC电流霍尔隔离电压为2.5kV。母线电解电容使用330μf/450V的两个串连为一组，六组并连的方式，共12只。输出电流采样模块采样电流互感器。

控制电取电方式：AC-DC电源模块侧与母线侧冗余取电。

DC-AC电源模块中第二母线电压采样、LC滤波电路的电感电流采样、输出电流采样及输出电压采样，以及继电器控制和驱动均实现强弱电隔离。三相逆变功率板共用一套集中控制，电感电流三相独立控制。

DC-AC电源模块的控制中，三相输出电压经外环控制板检测和使用，三相输出电流通过模块并机总线实现电流加运算，采样点在外环控制板，同时三相内环控制板采得输出电流信号用于输出电流前馈加到控制环路用于提高电感电流内环动态特性。内环与外环控制板通过并机接口连接。

AC-DC电源模块的控制中，利用对称分量法对不平衡交流电压指令对输入的线电压进行分解得到正序、负序和零序电压指令作为控制外环的指令，分别和对应的反馈量做闭环实现无差控制。正序、负序和零序电压控制环输出经过PN0/ABC变换构建三相静止坐标系下的电压指令作为控制内环的指令，然后通过静止坐标系下的波形控制，实现对外环正序、负序和零序电压的控制。控制流程如图4所示。

本实用新型的控制模块中，通过分析并建立分相电压源变流器数学模型，研究变流器系统的频响特性，提出电压波形的快速控制策略，分析动态响应过程中直流侧与交流侧之间瞬态功率流动的特征，实现在保证系统稳定的情况下提高系统响应速度的先进控制方法。

采用基于模型预测控制(MPC)+空间矢量调制(SVPWM)的控制方式。MPC控制方式依据稳态时变流器及负载特性，计算瞬变发生后变流器的输出状态变量。相比较于常用反馈控制方法，MPC控制方法才采用结合模型观测的预测控制思想，可以更快速的达到瞬变后的控制稳态。使用SVPWM调制技术，依据控制器输出给定信号，结合当前变流器工作状态，计算下一控制周期中各个开关管的工作状态，可以在一拍的延时条件下即可到达所需输出电压。将MPC和SVPWM相结合，可以在保证系统稳定性的条件下，有效提高输出电压的快速变化能力。

为了实现变流器在较宽的频带下模拟阻性、感性和容性负荷的特征，本实用新型集中在快速实现基波频率下有功、无功瞬时功率的控制。实现变流器较高频谐波电流源功能时，控制方法拟采用复合重复控制策略。这部分的控制方法如图5所示。

可以看出使用重复控制后，变流器可以在多个关注频点处实现较高控制增益，从而显著提高控制精度。使用重复控制前、后的变流器特性如图6和图7所示。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上仅为说明本实用新型的实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，包括AC-DC电源模块、DC-AC电源模块、采样模块和控制模块；所述的采样模块采样AC-DC电源模块的输入电压、电感电流和母线电压并发送给控制模块，控制模块根据采样的AC-DC电源模块的输入电压、电感电流和母线电压，控制AC-DC电源模块输出受控的直流电压值；受控的直流电压值输入到DC-AC电源模块，采样模块采DC-AC电源模块的母线电压、电感电流、输出电压和输出电流，控制模块根据采样的DC-AC电源模块的母线电压、电感电流、输出电压和输出电流，控制DC-AC电源模块输出受控的交流电压值。

2.根据权利要求1所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，所述的AC-DC电源模块包括依次连接的输入保护电路、共模滤波电路、差模滤波电路、第一单相H桥电路和第一母线电容；线电压从输入保护电路输入，经共模滤波电路和差模滤波电路滤波后，再经过第一单相H桥整流后，通过母线电容输出受控的直流电压给DC-AC电源模块。

3.根据权利要求2所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，所述的DC-AC电源模块包括第二母线电容、第二单相H桥电路、LC滤波电路、输出共模滤波电路和输出继电器；受控的直流电压输入到第二母线电容后，经过第二单相H桥电路整流、LC滤波电路和输出共模滤波电路滤波后，从输出继电器的输出端输出受控的交流电压。

4.根据权利要求3所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，所述的采样模块包括输入电压采样模块、第一电感电流采样模块、第一母线电压采样模块、第二母线电压采样模块、第二电感电流采样模块、输出电流采样模块和输出电压采样模块；输入电压采样模块采样AC-DC电源模块的输入端的线电压，将采样的输入电压值发送给控制模块；第一电感电流采样模块采样AC-DC电源模块的差模滤波电路的电感电流值并发送给控制模块；第一母线电压采样模块采样第一母线电容的电压值并发送给控制模块；第二母线电压采样模块采样第二母线电容的电压值并发送给控制模块；第二电感电流采样模块采样LC滤波电路的电感电流值并发送给控制模块；输出电流采样模块采样DC-AC电源模块的输出电流值并发送给控制模块；输出电压采样模块采样DC-AC电源模块的输出电压值并发送给控制模块。

5.根据权利要求4所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，所述的输入电压采样模块和输出电压采样模块使用电压互感器。

6.根据权利要求4所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，第一电感电流采样模块和第二电感电流采样模块使用电流霍尔传感器。

7.根据权利要求4所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，第一母线电压采样模块和第二母线电压采样模块使用电压隔离采样器件。

8.根据权利要求4所述的一种实现负载不平衡下电压精确控制的装置，其特征在于，所述的输出电流采样模块采样电流互感器。

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