專利名稱：一種用于電壓型pwm變換器的電流跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術領域，尤其涉及一種用于電壓型PWM變換器的電流 跟蹤方法。
背景技術：
對于動態(tài)性能要求較高的電壓型PWM變換器，如有源電力濾波器(APF)、高性能整 流器、功率因數(shù)校正器(PFC)以及UPS等，最適合采用電流控制。目前，電流控制方法主要 有滯環(huán)法、三角波比較法、周期采樣法和矢量法。三角波法的系統(tǒng)響應受其電流反饋穩(wěn)定性的限制，周期采樣法開關頻率并沒有明 確限制和固定(只限制了最小開關頻率)，矢量法僅適用于三相系統(tǒng)。滯環(huán)法的優(yōu)點是簡單、易于實現(xiàn)、響應速度快、穩(wěn)定性好。

圖1為傳統(tǒng)滯環(huán)法原理 圖，電壓型PWM變換器原理圖如圖1(a)所示。設在開關周期T內(nèi)，電壓ua、Vup和Vd_不變。 開關周期為T，DT時刻上橋臂開關導通，下橋臂開關截止，(I-D)T時刻下橋臂開關導通，上 橋臂開關截止。電壓型PWM變換器及輸出電流Ia和指令電流Iref波形如圖1(b)所示，圖 1 (b)中DT時亥IJ，電流13上升，與t軸夾角為β i，當電流高于環(huán)寬h時，開關動作，進入(I-D) T時刻，電流Ia下降，與t軸夾角為β 2，當電流Ia低于環(huán)寬_h時，開關動作，進入下一個開 關周期。該方法有兩點不足(1)開關頻率不固定。(2)開關頻率可控性差。由于第1點不足，例如用于GTO等低頻大功率開關器件組成的變換器時，會產(chǎn)生頻 率較低且分布較寬的諧波，難以濾除。由于第2點不足，例如需要調(diào)節(jié)開關周期以減小開關 損耗，則不易實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，該方法具有 傳統(tǒng)滯環(huán)法跟蹤指令電流精度高、響應快等所有優(yōu)點，同時解決傳統(tǒng)滯環(huán)法開關頻率不固 定和不可控的問題，且易實現(xiàn)。一種用于電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，包括采用過零點拋物線PWM電流 跟蹤、改進過零點拋物線PWM電流跟蹤、變環(huán)寬PWM電流跟蹤、斜線PWM電流跟蹤，其特征在 于，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1 確定紋波電流的過零點；步驟2 以過零點為起點確定電流環(huán)或電流斜率環(huán)；步驟3 根據(jù)電流環(huán)和紋波電流的大小或電流斜率環(huán)與紋波電流斜率的大小確定 PWM波形；步驟4:結束。所述步驟2以紋波過零點為起點做一段拋物線狀的電流環(huán)，采用改進拋物線法確定電流環(huán)；根據(jù)前半開關周期占空比與0.5的比較結果，確定是以紋波過零點為起點做一 段拋物線狀的電流環(huán)，還是以前半開關周期PWM改變時刻的紋波電流絕對值確定后半開關 周期的電流環(huán)；所述步驟2以紋波過零點為起點做一段拋物線狀的電流環(huán)，采用變環(huán)法確定電流 環(huán)，確定紋波斜率并以紋波斜率為因變量確定電流斜率環(huán)，或采用斜線法以紋波過零點為 起點做一段三角波狀的電流斜率環(huán)。所述步驟2是以過零點為起始做拋物線，當紋波電流與拋物線相交時，則PWM改 變，此次控制結束，等待下一次過零點；當下次過零點到來時，按步驟1到步驟4執(zhí)行，如此 循環(huán)；將紋波電流限制在一簇拋物線狀的電流環(huán)內(nèi)，同時使得開關頻率基本恒定。所述步驟3以紋波過零點為起點作斜線，將該斜線作為環(huán)寬與紋波電流的斜率比 較比較電流斜率環(huán)和紋波電流斜率值的大小，根據(jù)電流紋波斜率和直流側電壓，計算出環(huán) 寬；以電流斜率環(huán)與紋波電流斜率的大小確定PWM波形，若紋波電流斜率值超出電流斜率 環(huán)的范圍，則PWM波形改變；若紋波電流斜率值在電流斜率環(huán)的范圍以內(nèi)，則PWM波形保持 不變，產(chǎn)生開關頻率基本恒定的PWM波形。所述半開關周期占空比與0. 5的比較是在一個開關周期內(nèi)尋找到占空比D大于 0. 5的那個半周期，由于這半周期占空比準確，另半周期占空比不準確，故用準確的I-D代 替它，使得開關頻率較過零點拋物線法更加穩(wěn)定。所述紋波電流是以指令電流減去橋臂電流或橋臂電流減去指令電流為紋波電流 或稱為誤差電流。所述電流斜率環(huán)，設電流斜率環(huán)環(huán)寬為h，以紋波電流斜率為0時為原點，大于h或 小于_h的區(qū)域稱為電流斜率環(huán)外或超過電流斜率環(huán)，所述占空比D為PWM信號高電平和低電平所占時間的比值。所述步驟2確定紋波斜率及確定電流斜率環(huán)h，以檢測交流電壓Ua、直流側電容電 壓Vup、Vd。m、指令電流Iref通過計算確定，則滿足公式(1)
權利要求
1.一種用于電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟步驟1 確定紋波電流的過零點；步驟2 以過零點為起點確定電流環(huán)或電流斜率環(huán)；步驟3 根據(jù)電流環(huán)和紋波電流的大小或電流斜率環(huán)與紋波電流斜率的大小確定PWM 波形；步驟4:結束。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述步 驟2以紋波過零點為起點做一段拋物線狀的電流環(huán)，采用改進拋物線法確定電流環(huán)；根據(jù) 前半開關周期占空比與0.5的比較結果，確定是以紋波過零點為起點做一段拋物線狀的電 流環(huán)，還是以前半開關周期PWM改變時刻的紋波電流絕對值確定后半開關周期的電流環(huán)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述步 驟2以紋波過零點為起點做一段拋物線狀的電流環(huán)，采用變環(huán)法確定電流環(huán)，確定紋波斜 率并以紋波斜率為因變量確定電流斜率環(huán)，或采用斜線法以紋波過零點為起點做一段三角 波狀的電流斜率環(huán)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟2是以過零點為起始做拋物線，當紋波電流與拋物線相交時，則PWM改變，此次控制結 束，等待下一次過零點；當下次過零點到來時，按步驟1到步驟4執(zhí)行，如此循環(huán)；將紋波電 流限制在一簇拋物線狀的電流環(huán)內(nèi)，同時使得開關頻率基本恒定。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述步 驟3以紋波過零點為起點作斜線，將該斜線作為環(huán)寬與紋波電流的斜率比較比較電流斜率 環(huán)和紋波電流斜率值的大小，根據(jù)電流紋波斜率和直流側電壓，計算出環(huán)寬；以電流斜率 環(huán)與紋波電流斜率的大小確定PWM波形，若紋波電流斜率值超出電流斜率環(huán)的范圍，則PWM 波形改變；若紋波電流斜率值在電流斜率環(huán)的范圍以內(nèi)，則PWM波形保持不變，產(chǎn)生開關頻 率基本恒定的PWM波形。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述 半開關周期占空比與0. 5的比較是在一個開關周期內(nèi)尋找到占空比D大于0. 5的那個半周 期，由于這半周期占空比準確，另半周期占空比不準確，故用準確的I-D代替它，使得開關 頻率較過零點拋物線法更加穩(wěn)定。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述紋 波電流是以指令電流減去橋臂電流或橋臂電流減去指令電流為紋波電流或稱為誤差電流。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述電 流斜率環(huán)，設電流斜率環(huán)環(huán)寬為h，以紋波電流斜率為0時為原點，大于h或小于-h的區(qū)域 稱為電流斜率環(huán)外或超過電流斜率環(huán)。
9.根據(jù)權利要求2或6所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所 述占空比D為PWM信號高電平和低電平所占時間的比值。
10.根據(jù)權利要求3所述的一種電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟2確定紋波斜率及確定電流斜率環(huán)h，以檢測交流電壓Ua、直流側電容電壓Vup、Vd_、指 令電流通過計算確定，則滿足公式(1)
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術領域的一種用于電壓型PWM變換器的電流跟蹤方法。包括采用過零點拋物線PWM電流跟蹤、改進過零點拋物線PWM電流跟蹤、變環(huán)寬PWM電流跟蹤和斜線PWM電流跟蹤方式，具體步驟為確定紋波電流的過零點、以過零點為起點確定電流環(huán)或電流斜率環(huán)、根據(jù)電流環(huán)和紋波電流的大小或電流斜率環(huán)與紋波電流斜率的大小確定PWM波形和結束。本發(fā)明跟蹤指令電流精度高，響應快，保持開關周期基本固定和開關周期可控，且易實現(xiàn)。適用于各種電壓型PWM變換器，如交直流電機調(diào)速、高性能整流器、有源電力濾波器(APF)、高性能逆變電源、UPS以及PFC等。在減小開關損耗上也具有重要意義。
文檔編號H02M7/00GK102064716SQ201010551109
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權日2010年11月18日
發(fā)明者劉曉博, 徐永海, 高璞 申請人:華北電力大學