专利名称：单相逆变器的矢量控制方法和系统及不间断电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气制造技术领域，特别涉及一种单相逆变器的矢量控制方法系统及不间断电源。
背景技术：
目前的单相逆变器通常采用电流内环电压外环的双环控制结构。如图1所示， 为现有技术中单相逆变器的控制方法示意图。在电压环，将给定电压幅值Vmax和相位 8 η(ω +Φ)给定(正弦表)相乘得到单相逆变器的电压环瞬时值给定vMf，电压环瞬时值给定Vref与单相逆变器的电压瞬时采样反馈值vlMd通过减法器相减得到瞬时电压的误差 Vm，对误差Vm进行比例积分微分(PID)、比例⑵或比例积分(PI)调节作为电压环控制器的输出，同时作为内环电流的给定值。发明人在对现有技术的研究和实践过程中发现目前的单相逆变器存在以下不足之处由于电压瞬时值给定Vre/ =I、 η(β7Τ + Φ)是一个交流量，因此相较于直流量，采用 PID或PI控制的低频增益不高，动态响应较差，而P控制器更是无法消除静态误差，从而造成目前单相逆变器稳态精度和动态响应差的缺陷。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决目前单相逆变器稳态精度和动态响应差的缺陷。为达到上述目的，本发明一方面提出了一种单相逆变器的矢量控制方法，包括以下步骤根据所述单相逆变器的结构构造三相逆变器的结构，并将所述单相逆变器作为所述三相逆变器中的第一相；对所述单相逆变器的输出电压进行采样以获得所述第一相的第一采样电压；根据所述三相逆变器的结构及所述第一相的第一采样电压计算所述三相逆变器中第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压；对所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量；根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压， 所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压；对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行脉冲宽度调制PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；以及根据所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。本发明另一方面还提出了一种单相逆变器的矢量控制系统，包括单相逆变器； 检测电路，用于对所述单相逆变器的输出电压进行检测；控制器，用于保存根据所述单相逆变器的结构构造的三相逆变器的结构，其中，所述单相逆变器为所述三相逆变器中的第一
7相，并根据所述单相逆变器的输出电压计算所述三相逆变器第一相的第一采样电压、第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压，以及对所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，并根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压，以及对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；和驱动电路，用于根据所述控制器获得的所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。本发明再一方面还提出了一种单相逆变器的矢量控制方法，包括以下步骤根据所述单相逆变器的结构构造三相逆变器的结构，并将所述单相逆变器作为所述三相逆变器中的第一相；对所述单相逆变器的输出电压和电感电流进行采样以获得所述第一相的第一采样电压和第一采样电流；根据所述三相逆变器的结构及所述第一相的第一采样电压和第一采样电流分别计算所述三相逆变器中第二相的第二采样电压和第二采样电流，以及第三相的第三采样电压和第三采样电流；对所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、 第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量；根据所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压；对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行脉冲宽度调制PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；以及根据所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。本发明再一方面还提出了一种单相逆变器的矢量控制系统，包括单相逆变器； 检测电路，用于对所述单相逆变器的输出电压和电感电流进行检测；控制器，用于保存根据所述单相逆变器的结构构造的三相逆变器的结构，其中，所述单相逆变器为所述三相逆变器中的第一相，并根据所述单相逆变器的输出电压和电感电流计算所述三相逆变器第一相的第一采样电压和第一采样电流、第二相的第二采样电压和第二采样电流，以及第三相的第三采样电压和第三采样电流，以及所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，并根据所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压，以及对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；和驱动电路，用于根据所述控制器获得的所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。通过本发明实施例通过构造三相电源及逆变器，并在单相逆变器中弓丨入矢量控制的方式，从而可以将单相逆变器的d轴分量、q轴分量及0轴分量分离出来，并对三个直流量加以独立控制。因此本发明实施例可以提高单相逆变器输出电压的稳态精度和动态响应。本发明另一方面还提出了具有上述单相逆变器的矢量控制系统的不间断电源 (UPS)，通过采用上述单相逆变器的矢量控制系统可以提高UPS的整体性能。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为现有技术中单相逆变器的控制方法示意图；图2为本发明实施例一的单相逆变器的示意图；图3为本发明实施例一的单相逆变器的矢量控制方法的流程图；图4为本发明实施例构造的半桥三相逆变器的拓扑电路结构；图5为本发明实施例一的单相逆变器的矢量控制系统的结构图；图6为本发明实施例一的控制器的结构图；图7为本发明实施例二的单相逆变器的矢量控制方法的流程图；图8为本发明实施例二的单相逆变器的矢量控制系统的结构图；图9为本发明实施例二的控制器的结构图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本发明针对目前单相逆变器控制方法的不足，特将矢量控制引入单相逆变器的控制之中，从而可以将单相逆变器的d轴分量、q轴分量及0轴分量分离出来，并对三个直流量加以独立控制。以下将以具体实施例的方式对本发明如何在单相逆变器中引入矢量控制进行详细描述。实施例一，在该实施例中单相逆变器仅包括电压环，如图2所示，为本发明实施例一的单相逆变器的示意图。如图3所示，为本发明实施例一的单相逆变器的矢量控制方法的流程图， 该方法包括以下步骤步骤S301，根据单相逆变器的结构构造三相逆变器的结构及传递函数，并将单相逆变器作为所述三相逆变器中的第一相。需要说明的是，在本发明实施例中可将单相逆变器作为三相逆变器中的任一相，既可以是A相，也可以是B相或C相，因此上述第一相可以是A相、B相或C相。在本发明的实施例中以将单相逆变器作为A相为例进行描述。由于单相逆变器与三相逆变器相比，缺少所需的完全三相电源信号及拓扑结构，因此需要虚拟构造B、C两相的拓扑结构及相应的传递函数，从而满足矢量控制对三相电源的要求。作为本发明的一种实施案例，如图4所示，为本发明实施例构造的半桥三相逆变器的拓扑电路结构。其中，在该实施例中，B相和C相的电路为虚拟电路其结构与A相电路相同。其中，E1、E2为正负直流BUS电压，Q1、Q2为实际单相逆变器的驱动晶体管(IGBT)， 电感Li、电容Cl为实际滤波电路，Rl为其负载。其中，Q3 Q6为虚拟两相的驱动晶体管， L2、L3为虚拟电感，C2、C3为虚拟电容，R2、R3为虚拟负载。其中，上述电感值相同设为L， 电容值相同设为C，负载相同设为R。步骤S302，对单相逆变器的输出电压进行采样以获得第一相的第一采样电压。步骤S303，根据三相逆变器的结构及第一相的第一采样电压计算三相逆变器中第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压。例如可基于A相的电压、其他各相电压波形相同，相位各相差120°。参照如图4所示的半桥三相逆变器的拓扑电路结构图，设A、B、 C三相LC滤波器的点a、b、c与ο点之间的输入电压分别为Va、Vb、Vc，输出电压分别为Ua、 Wk Uc，通过电感的电流分别为la、Πκ Ic，则该三相逆变器LC滤波器电路的方程为
权利要求
1.一种单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，包括以下步骤根据所述单相逆变器的结构构造三相逆变器的结构，并将所述单相逆变器作为所述三相逆变器中的第一相；对所述单相逆变器的输出电压进行采样以获得所述第一相的第一采样电压； 根据所述三相逆变器的结构及所述第一相的第一采样电压计算所述三相逆变器中第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压；对所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量；根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量， 以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压；对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行脉冲宽度调制PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；以及根据所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。
2.如权利要求1所述的单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，所述第一给定电压为所述单相逆变器电压环的给定电压幅值，所述第二给定电压和所述第三给定电压为零。
3.如权利要求1所述的单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，还包括根据所述第二驱动信号和第三驱动信号计算所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压；根据所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压计算所述第二相的采样电压和所述第三相的采样电压。
4.一种单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，包括 单相逆变器；检测电路，用于对所述单相逆变器的输出电压进行检测；控制器，用于保存根据所述单相逆变器的结构构造的三相逆变器的结构，其中，所述单相逆变器为所述三相逆变器中的第一相，并根据所述单相逆变器的输出电压计算所述三相逆变器第一相的第一采样电压、第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压，以及对所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，并根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压，以及对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；和驱动电路，用于根据所述控制器获得的所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。
5.如权利要求4所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述第一给定电压为所述单相逆变器电压环的给定电压幅值，所述第二给定电压和所述第三给定电压为零。
6.如权利要求4所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述控制器还用于根据所述第二驱动信号和第三驱动信号计算所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压，以及根据所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压计算所述第二相的采样电压和所述第三相的采样电压。
7.如权利要求4所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述控制器包括存储模块，用于保存根据所述单相逆变器的结构构造的三相逆变器的结构，其中，所述单相逆变器为所述三相逆变器中的第一相；采样模块，用于根据所述单相逆变器的输出电压计算所述三相逆变器第一相的第一采样电压、第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压；第一转换模块，用于对所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量；控制模块，用于根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压；第二转换模块，用于对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换；以及PWM调制模块，用于对转换后的第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号。
8.—种不间断电源，其特征在于，包括权利要求4-7任一项所述的单相逆变器的矢量控制系统。
9.一种单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，包括以下步骤根据所述单相逆变器的结构构造三相逆变器的结构，并将所述单相逆变器作为所述三相逆变器中的第一相；对所述单相逆变器的输出电压和电感电流进行采样以获得所述第一相的第一采样电压和第一采样电流；根据所述三相逆变器的结构及所述第一相的第一采样电压和第一采样电流分别计算所述三相逆变器中第二相的第二采样电压和第二采样电流，以及第三相的第三采样电压和第三采样电流；对所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第一采样电流、 第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量；根据所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压；对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行脉冲宽度调制PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号；以及根据所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。
10.如权利要求9所述的单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，所述根据第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及第一相的第一给定电压、第二相的第二给定电压和第三相的第三给定电压分别计算第一相的第一输出调整电压，第二相的第二输出调整电压和第三相的第三输出调整电压具体包括根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量， 以及第一相的第一给定电压、第二相的第二给定电压和第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一给定电流、所述第二相的第二给定电流和所述第三相的第三给定电流；根据所述第一采样电流、第二采样电流和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量， 以及所述第一给定电流、所述第二给定电流和所述第三给定电流分别计算第一相的第一输出调整电压，第二相的第二输出调整电压和第三相的第三输出调整电压。
11.如权利要求9或10所述的单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，所述第一给定电压为所述单相逆变器电压环的给定电压幅值，所述第二给定电压和所述第三给定电压为零。
12.如权利要求9或10所述的单相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，还包括根据所述第二驱动信号和第三驱动信号计算所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压；根据所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压计算所述第二相的采样电压和所述第三相的采样电压。
13.一种单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，包括单相逆变器；检测电路，用于对所述单相逆变器的输出电压和电感电流进行检测；控制器，用于保存根据所述单相逆变器的结构构造的三相逆变器的结构，其中，所述单相逆变器为所述三相逆变器中的第一相，并根据所述单相逆变器的输出电压和电感电流计算所述三相逆变器第一相的第一采样电压和第一采样电流、第二相的第二采样电压和第二采样电流，以及第三相的第三采样电压和第三采样电流，以及所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，并根据所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压，以及对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换并进行PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号； 禾口驱动电路，用于根据所述控制器获得的所述第一驱动信号对所述单相逆变器进行驱动控制。
14.如权利要求13所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述第一给定电压为所述单相逆变器电压环的给定电压幅值，所述第二给定电压和所述第三给定电压为零。
15.如权利要求13所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述控制器还用于根据所述第二驱动信号和第三驱动信号计算所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压，以及根据所述第二相的输出电压和所述第三相的输出电压计算所述第二相的采样电压和所述第三相的采样电压。
16.如权利要求13所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述控制器包括 存储模块，用于保存根据所述单相逆变器的结构构造的三相逆变器的结构，其中，所述单相逆变器为所述三相逆变器中的第一相；采样模块，用于根据所述单相逆变器的输出电压和电感电流分别计算所述三相逆变器中第一相的第一采样电压和第一采样电流，第二相的第二采样电压和第二采样电流，以及第三相的第三采样电压和第三采样电流；第一转换模块，用于对所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流进行静止坐标至旋转坐标的转换以获得所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量；控制模块，用于根据所述第一采样电压、第一采样电流、第二采样电压、第二采样电流、 第三采样电压和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一相的第一给定电压、所述第二相的第二给定电压和所述第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一输出调整电压，所述第二相的第二输出调整电压和所述第三相的第三输出调整电压；第二转换模块，用于对所述第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行所述旋转坐标至所述静止坐标的转换；以及PWM调制模块，用于对转换后的第一输出调整电压，所述第二输出调整电压和所述第三输出调整电压进行PWM调制以获得所述第一相的第一驱动信号、所述第二相的第二驱动信号和所述第三相的第三驱动信号。
17.如权利要求16所述的单相逆变器的矢量控制系统，其特征在于，所述控制模块进一步包括第一计算子模块，用于根据所述第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压在所述旋转坐标之上的分量，以及第一相的第一给定电压、第二相的第二给定电压和第三相的第三给定电压分别计算所述第一相的第一给定电流、所述第二相的第二给定电流和所述第三相的第三给定电流；以及第二计算子模块，用于根据所述第一采样电流、第二采样电流和第三采样电流在所述旋转坐标之上的分量，以及所述第一计算子模块计算的所述第一给定电流、所述第二给定电流和所述第三给定电流分别计算第一相的第一输出调整电压，第二相的第二输出调整电压和第三相的第三输出调整电压。
18. 一种不间断电源，其特征在于,包括权利要求13-17任一项所述的单相逆变器的矢量控制系统。
全文摘要
本发明提出一种单相逆变器的矢量控制方法和系统。该方法包括根据单相逆变器的结构构造三相逆变器的结构；对所述单相逆变器的输出电压进行采样以获得所述第一相的第一采样电压；计算所述三相逆变器中第二相的第二采样电压和第三相的第三采样电压；对第一采样电压、第二采样电压和第三采样电压进行静止坐标至旋转坐标的转换；分别计算第一相的第一输出调整电压，第二相的第二输出调整电压和第三相的第三输出调整电压；对第一输出调整电压，第二输出调整电压和第三输出调整电压进行旋转坐标至静止坐标的转换并进行PWM调制；以及根据第一驱动信号对单相逆变器进行驱动控制。因此本发明实施例可以提高单相逆变器输出电压的稳态精度和动态响应。
文档编号H02M7/5395GK102480246SQ20101057470
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者刘宏亮, 夏田, 肖力龙 申请人:比亚迪股份有限公司