专利名称：三电平滞环电流跟踪逆变器及其控制方法
技术领域：
本发明属于并网逆变器技术领域，尤其涉及一种三电平滞环电流跟踪逆变器及其控制方法。
背景技术：
逆变器的输出电流控制方法有线性PWM控制、单周控制、滞环电流跟踪控制等多种，其中滞环电流跟踪控制方法具有电流跟踪速度快、鲁棒性好、结构简单等优点，在对电流跟踪速度要求较高的场合常被选用。但是，滞环电流跟踪控制方法通常仅适用于两电平逆变器。随着功率电子技术的发展和三电平IGBT功率模块的出现，三电平逆变器得到日益广泛的重视和应用。与两电平逆变器相比，三电平逆变器具有输出纹波电流小、效率高、适用于更高系统电压等优点。三电平逆变桥的输出有正电平、零电平和负电平三种状态，常规的二态滞环跟踪控制方法不能适用。有关研究文献中提出了几种三态滞环跟踪控制方法，其中一类是将输出电压的极性作为附加判定条件构建三态输出驱动信号，由于原理上存在缺陷，不能准确判知实现正确跟踪所需输出状态，容易发生跟踪失败问题；第二类三态滞环电流跟踪控制方法中，除滞环跟踪误差带上下限外，还需要在误差带内增加新的比较电平，并增加三电平逆变桥中半导体功率器件开关次数，从而导致功率器件开关应力及损耗增力口、电磁干扰增加；第三类三态滞环电流跟踪控制方法则是通过引进由时钟脉冲控制的时序电路，与滞环比较器结合完成三态控制，存在跟踪滞后，实时性变差的问题。公知的三电平逆变器滞环电流跟踪控制方法，由于存在各种缺陷，使得滞环跟踪控制方法的优势在三电平逆变器中难以得到充分发挥。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种能够充分发挥滞环跟踪控制方法优势的三电平滞环电流跟踪逆变器及其控制方法。为实现此目的， 本发明采用如下技术方案:一种三电平滞环电流跟踪逆变器，它包括三电平逆变桥，三电平逆变桥的输出端串联电感器后作为三电平滞环电流跟踪逆变器输出端；电流采集装置和电压采集装置至少采集三电平滞环电流跟踪逆变器输出端中一相的电流瞬时值以及该相输出端与三电平逆变桥的零电平支撑点Z间的电压瞬时值，并将它们送入相应的电压检测单元和电流检测单元；电压检测单元将检测到的电压信号送入相应的驱动控制单元；电流检测单元将检测到的电流信号送入相应的滞环比较单元，滞环比较单元的输出信号送入所述的驱动控制单元；三相指令电流信号中的至少一相分别送入所述驱动控制单元和滞环比较单元；所述驱动控制单元与相应的驱动单元连接，驱动单元输出驱动信号送入三电平逆变桥的对应驱动信号输入端，从而使三电平滞环电流跟踪逆变器输出电流准确跟踪指令电流的变化。所述三电平滞环电流跟踪逆变器输出端为三相输出u、v、w ;电压采集装置和电流采集装置分别采集三相输出端U、V、W分别与三电平逆变桥的零电平支撑点Z间的电压瞬时值和三相输出电流瞬时值信号，并将它们送入相应的三个电压检测单元和一个电流检测单元；各电压检测单元将检测的电压信号送入相应的三个驱动控制单元；电流检测单元将检测到的电流信号送入相应的三个滞环比较单元，三个滞环比较单元的输出信号送入所述的三个驱动控制单元；三相指令电流信号 ，ib G则分别送入三个驱动控制单元和三个滞环比较单元;三个驱动控制单元分别与相应的驱动单元连接，各驱动单元输出的驱动信号送入三电平逆变桥的对应驱动信号输入端，从而使三电平滞环电流跟踪逆变器输出电流准确跟踪指令电流的变化。所述驱动控制单元的结构为:第一 RS触发器的Q端作为所述驱动控制单元的⑤端，其R端作为所述驱动控制单元的①端，其S端接第一与门的输出端；第二 RS触发器的Q端作为所述驱动控制单元的⑥端，其R端作为所述驱动控制单元的②端，其S端接第二与门的输出端；第一与门的一 个输入端也作为所述驱动控制单元的②端，另一输入端接第一比较器的输出端；第二与门的一个输入端也作为所述驱动控制单元的①端，另一输入端接非门的输出端，非门的输入端接第一比较器的输出端；第一比较器的同相输入端接微分运算单元的输出端，其反相输入端接比例运算单兀的输出端；微分运算单元的输入端作为所述驱动控制单元的③端；比例运算单元的输入端作为所述驱动控制单元的④端。所述滞环比较单元结构为:第二比较器的输出端作为所述滞环比较单元的③端，其同相输入端作为所述滞环比较单元的②端，其反相输入端接第一加法运算单元的输出端；第三比较器的输出端作为所述滞环比较单元的④端，其同相输入端接第二加法运算单元的输出端，其反相输入端也作为所述滞环比较单元的②端；第一加法运算单元的一个输入端作为所述滞环比较单元的①端，另一个输入端接基准滞环电压发生单元的输出端；第二加法运算单元的一个输入端也作为所述滞环比较单元的①端，另一个输入端接反相运算单元的输出端，反相运算单元的输入端接基准滞环电压发生单元的输出端。所述电压检测单元的一个输入端与所述三电平滞环电流跟踪逆变器的输出端连接，另一个输入端与所述三电平逆变桥的零电平支撑点Z连接。一种三电平滞环电流跟踪逆变器的跟踪控制方法，步骤为:步骤一，检测三电平逆变桥的零电平支撑点Z分别与所述三电平滞环电流跟踪逆变器的输出端间的电压瞬时值Uj, j=l，2，3 ;步骤二，检测所述三电平滞环电流跟踪逆变器输出端输出的电流瞬时值ij，j=l, 2，3 ；步骤三，计算三相指令电流信号f的变化率a j:
权利要求
1.一种三电平滞环电流跟踪逆变器，其特征是，它包括三电平逆变桥(1)，三电平逆变桥(I)的输出端串联电感器(2)后作为三电平滞环电流跟踪逆变器输出端； 电流采集装置和电压采集装置至少采集三电平滞环电流跟踪逆变器输出端中一相的电流瞬时值以及该相输出端与三电平逆变桥(I)的零电平支撑点Z间的电压瞬时值，并将它们送入相应的电压检测单元和电流检测单元； 电压检测单元将检测到的电压信号送入相应的驱动控制单元； 电流检测单元将检测到的电流信号送入相应的滞环比较单元，滞环比较单元的输出信号送入所述的驱动控制单元； 三相指令电流信号中的至少一相分别送入所述驱动控制单元和滞环比较单元； 所述驱动控制单元与相应的驱动单元连接，驱动单元输出驱动信号送入三电平逆变桥(I)的对应驱动信号输入端，从而使三电平滞环电流跟踪逆变器输出电流准确跟踪指令电流的变化。
2.如权利要求1所述的三电平滞环电流跟踪逆变器，其特征是，所述三电平滞环电流跟踪逆变器输出端为三相输出U、V、W ; 电压采集装置和电流采集装置分别采集三相输出端U、V、W分别与三电平逆变桥(I)的零电平支撑点Z间的电压瞬时值和三相输出电流瞬时值信号，并将它们送入相应的三个电压检测单元和一个电流检测单元； 各电压检测单元将检测的电压信号送入相应的三个驱动控制单元； 电流检测单元将检测到的电流信号送入相应的三个滞环比较单元，三个滞环比较单元的输出信号送入所述的三个驱动控制单元； 三相指令电流信号ii，ib G则分别送入三个驱动控制单元和三个滞环比较单元； 三个驱动控制单元分别与相应的驱动单元连接，各驱动单元输出的驱动信号送入三电平逆变桥(I)的对应驱动信号输入端，从而使三电平滞环电流跟踪逆变器输出电流准确跟踪指令电流的变化。
3.如权利要求1或2所述的三电平滞环电流跟踪逆变器，其特征是，所述驱动控制单元的结构为: 第一 RS触发器(17)的Q端作为所述驱动控制单元的⑤端，其R端作为所述驱动控制单元的①端，其S端接第一与门(19)的输出端； 第二 RS触发器(18)的Q端作为所述驱动控制单元的⑥端，其R端作为所述驱动控制单元的②端，其S端接第二与门(20)的输出端； 第一与门(19)的一个输入端也作为所述驱动控制单元的②端，另一输入端接第一比较器(22)的输出端； 第二与门(20)的一个输入端也作为所述驱动控制单元的①端，另一输入端接非门(21)的输出端,非门(21)的输入端接第一比较器(22)的输出端； 第一比较器(22)的同相输入端接微分运算单元(23)的输出端，其反相输入端接比例运算单元(24)的输出端； 微分运算单元(23)的输入端作为所述驱动控制单元的③端； 比例运算单元(24)的输入端作为所述驱动控制单元的④端。
4.如权利要求1或2所述的三电平滞环电流跟踪逆变器，其特征是，所述滞环比较单元结构为: 第二比较器(25)的输出端作为所述滞环比较单元的③端，其同相输入端作为所述滞环比较单元的②端，其反相输入端接第一加法运算单元(27)的输出端； 第三比较器(26)的输出端作为所述滞环比较单元的④端，其同相输入端接第二加法运算单元(28)的输出端，其反相输入端也作为所述滞环比较单元的②端； 第一加法运算单元(27)的一个输入端作为所述滞环比较单元的①端，另一个输入端接基准滞环电压发生单元(30)的输出端； 第二加法运算单元(28)的一个输入端也作为所述滞环比较单元的①端，另一个输入端接反相运算单元(29)的输出端，反相运算单元的输入端接基准滞环电压发生单元(30)的输出端。
5.如权利要求1或2所述的三电平滞环电流跟踪逆变器，其特征是，所述电压检测单元的一个输入端与所述三电平滞环电流跟踪逆变器的输出端连接，另一个输入端与所述三电平逆变桥(I)的零电平支撑点Z连接。
6.一种权利要求1或2所述的三电平滞环电流跟踪逆变器的跟踪控制方法，其特征是，步骤为: 步骤一，检测三电平逆变桥(I)的零电平支撑点Z分别与所述三电平滞环电流跟踪逆变器的输出端间的电压瞬时值Uj, j=l，2，3 ; 步骤二，检测所述三电平滞环电流跟踪逆变器输出端输出的电流瞬时值ij，j=l, 2，3 ； 步骤三，计算三相指令电流信号^的变化率a j: j ,氺 Cl/.； i =.^., ]' = 1,2,3; 步骤四，计算所述三电平滞环电流跟踪逆变器零电平输出时输出电流的理论变化率vJ: Vj=kUj, j=l, 2，3 其中:k为由电路参数决定的常量； 步骤五，分别比较L和K的大小以及a j和Vj的大小，产生驱动控制单元中触发器的控制信号，将触发器在控制信号下的不同状态信号送入驱动单元，驱动单元控制三电平逆变桥(I)输出端状态； 步骤六，三电平逆变桥(I)输出端的输出电平通过电感器(2)分别产生跟踪三相指令电流信号仏ib G的输出电流i1、i2、i3。
7.如权利要求6所述的三电平滞环电流跟踪逆变器的跟踪控制方法，其特征是，所述步骤五中，比较L和￥的大小按照以下判据产生逻辑比较结果bj; j=l, 2，3: 当!:;>(if+ 0,),…=I,^tj < (if+ 5), a.j=0，当ij 2 (if-5)，bf = O当,:厂<(^_5)，= I 其中:δ >0是常量；比较a j和Vj的大小，按照以下判据产生逻辑比较结果Cj，j=l, 2，3:当 α j < V cJ=0，当 α j > vj，cJ=1。
8.如权利要求6所述的三电平滞环电流跟踪逆变器的跟踪控制方法，其特征是，所述步骤五中”驱动控制单元中触发器的控制信号为！^、^^、!^、^^，j=l，2，3:其中rJi=aJ-sj「bj.C」， ri2=bj， Sj2 = Uj.Cjo 其中d是&的逻辑非。 各控制信号j=l, 2，3，分别送入相应的驱动控制单元中，控制其各RS触发器状态Qjl和qj2，j=l，2，3。
9.如权利要求8所述的三电平滞环电流跟踪逆变器的跟踪控制方法，其特征是，所述三电平逆变桥(I)输出端状态为: R立而:
全文摘要
本发明公开了一种三电平滞环电流跟踪逆变器及其控制方法。其三电平逆变桥输出端串联电感器后作为三电平滞环电流跟踪逆变器的输出端，各电压检测单元分别检测三电平逆变桥的零电平支撑点与逆变器三相输出端之间的电压，检测结果分别送入各驱动控制单元，电流检测单元检测逆变器的三相输出电流，检测结果分别送入各滞环比较单元，三相指令电流信号分别送入各滞环比较单元和各驱动控制单元，各滞环比较单元的输出端接对应的驱动控制单元，各驱动控制单元输出端接对应的驱动单元，各驱动单元的输出端接三电平逆变桥的驱动信号输入端。所述装置及其控制方法能够对三电平逆变器的输出电流进行滞环跟踪控制，具有跟踪精度高、速度快、实时性好等优点。
文档编号H02M7/5387GK103117669SQ20131007662
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者李建明, 迟恩先, 王德涛, 鞠洪兵 申请人:山东华天电气有限公司