一种大功率高频开关整流电源综合控制方法

摘要

本发明公开了一种大功率高频开关整流电源综合控制方法，包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法两个部分。前级三相电压型整流器采用基于功率前馈的参数自适应调节无差拍控制方法，实现系统的快速响应，迅速跟踪负载的变化，通过参数自适应调节可以在线修正无差拍控制器参数，实现控制参数与实际参数的匹配，消除因参数摄动或漂移对控制性能不利影响，提高控制鲁棒性。后级高频DC/DC变换器采用基于输出电压反馈的虚拟阻抗自均流控制方法，有效解决均流控制精度和负载输出电压精度间的矛盾，使虚拟阻抗取值并不影响负载电压的输出调节，提高了虚拟阻抗均流法在输出电压精度要求较高的场合的适用能力。

主权项

1.一种大功率高频开关整流电源综合控制方法，包括大功率高频开关整流电源，所述大功率高频开关整流电源包括前级三相电压型整流器和后级高频DC/DC变换器，所述后级高频DC/DC变换器包括依次串联的单相全桥逆变器、高频耦合变压器和低压整流器；所述单相全桥逆变器与所述前级三相电压型整流器连接，所述前级三相电压型整流器通过滤波电感与三相电网连接，所述低压整流器接负载；其特征在于，该方法包括前级三相电压型整流器控制方法和后级高频DC/DC变换器控制方法两部分：所述前级三相电压型整流器控制方法为：1）将前级三相电压型整流器直流侧电压给定值U_ref与直流侧电压检测值U_dc相减的值通过PI控制器调节后输出一个调压指令信号I_dc；2）检测负载功率P_L，根据能量平衡原理计算出前级三相电压型整流器交流侧期望输入相电流幅值，所述输入相电流幅值即前馈指令信号I_S，I_S计算公式为：I_S=2P_L/3U，其中，U为三相电网母线电压相电压幅值；3）将前馈指令信号I_S与调压指令信号I_dc叠加，然后分别乘以前级三相电压型整流器各相的同步信号，得到前级三相电压型整流器参考电流信号为：其中，i_refx，x=a,b,c表示前级三相电压型整流器的三相参考电流信号；ω为三相电网基波角频率；4）根据无差拍控制原理，求得前级三相电压型整流器三个开关臂的占空比信号d_x，x=a,b,c，占空比信号d_x的表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{d}_a=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[U_{\mathrm{Sa}}-\frac{L}{T}(i_{\mathrm{refa}}-i_{\mathrm{inva}})-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{inva}}]+\frac{1}{2}\\ d_b=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[U_{\mathrm{Sb}}-\frac{L}{T}(i_{\mathrm{refb}}-i_{\mathrm{invb}})-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{invb}}]+\frac{1}{2}\\ d_c=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[U_{\mathrm{Sc}}-\frac{L}{T}(i_{\mathrm{refc}}-i_{\mathrm{invc}})-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{invc}}]+\frac{1}{2}\end{array}\right.$其中，T为采样周期；R为前级三相电压型整流器网侧等效电阻；L为前级三相电压型整流器网侧滤波电感；U_Sa、U_Sb、U_Sc为三相电网电压，i_inva、i_invb、i_invc为前级三相电压型整流器三相输入电流。5）通过PWM调制方法，根据占空比d_a、d_b和d_c，求得前级三相电压型整流器的三个开关臂开关管的开关信号S_a、S_b和S_c，驱动开关臂获得期望的电压电流信号；6）由开关管信号S_a、S_b和S_c，计算得到前级三相电压型整流器的输出电压U_inva、U_invb和U_invc，U_inva、U_invb和U_invc经基于电网电压矢量定向的同步旋转坐标变换及低通滤波后，得到同步旋转坐标变换下d轴和q轴的直流分量U_dinv和U_qinv；由前级三相电压型整流器三相输出电流i_inva、i_invb和i_invc经基于电网电压矢量定向的同步旋转坐标变换及低通滤波后，得到同步旋转坐标变换下d轴和q轴的直流分量i_dinv和i_qinv；利用U_dinv、U_qinv、i_dinv和i_qinv计算实际电阻R_edq和实际电感L_edq的参数值：$R_{\mathrm{edq}}=\frac{{\mathrm{Ui}}_{\mathrm{dinv}}-U_{\mathrm{dinv}}{i}_{\mathrm{dinv}}-U_{\mathrm{qinv}}{i}_{\mathrm{qinv}}}{i_{\mathrm{dinv}}^2+i_{\mathrm{qinv}}^2},$$L_{\mathrm{edq}}=\frac{U_{\mathrm{dinv}}{i}_{\mathrm{qinv}}-U_{\mathrm{qinv}}{i}_{\mathrm{dinv}}-{\mathrm{Ui}}_{\mathrm{qinv}}}{\omega (i_{\mathrm{dinv}}^2+i_{\mathrm{qinv}}^2)};$7）用上步骤6）得到的实际电阻R_edq和实际电感L_edq的参数值分别替代上述步骤4）中的网侧等效电阻和网侧滤波电感值，修正占空比信号d_x的表达式来提高控制精度；所述后级高频DC/DC变换器控制方法为：1）检测负载电压V_o，将负载电压给定值U_r与负载电压检测值V_o相减，误差经过PI控制器和限幅环节，得到反馈调节信号u；2）检测后级高频DC/DC变换器直流输出电流i_o，将负载电压给定值U_r与后级高频DC/DC变换器虚拟阻抗的电压信号Ki_o相减，再与反馈调节信号u叠加，得到电压环的参考信号值V_o^*；其中K为后级高频DC/DC变换器输出端串联的虚拟阻抗的内阻，K>>r，r为后级高频DC/DC变换器自身等效内阻；3）将参考信号值V_o^*与负载电压检测值V_o相减，经过PI控制器和限幅环节，得到电压环控制输出，所述电压环控制输出即单相全桥逆变器的占空比信号d_o；4）通过PWM调制，得到单相全桥逆变器开关管的控制信号，驱动单相全桥逆变器开关管得到期望的输出电压电流信号。