一種死區(qū)時間可變的逆變控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變流器的逆變控制，尤其是涉及一種死區(qū)時間可變的逆變控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變技術(shù)作為電力電子四種變換技術(shù)中的一種，被廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、光伏并 網(wǎng)、有源電力濾波器、不間斷工作電源、伺服控制器等。目前，主流的逆變器的控制方法主 要有脈沖寬度調(diào)制法、滯環(huán)比較法、模型預(yù)測控制法等。通過比例積分控制器和脈沖寬 度調(diào)制法實(shí)現(xiàn)逆變器的跟蹤控制是目前最常用的方法。近幾年研宄較多的有限集模型 預(yù)測控制（有限集模型預(yù)測控制英語表示為Finite Control Set-Model Predictive Control，F(xiàn)CS -MPC)是模型預(yù)測控制法的一種，該方法利用了逆變器開關(guān)狀態(tài)組合個數(shù)有 限的特點(diǎn)，簡化了傳統(tǒng)的模型預(yù)測控制法，根據(jù)逆變器預(yù)測模型方程，采用遍歷法的形式計 算出所有開關(guān)狀態(tài)的組合，并分別作用于逆變器預(yù)測模型，從而預(yù)測出未來所有可能輸出 集合，然后通過既定的系統(tǒng)最優(yōu)代價函數(shù)，從所有可能輸出的集合中選出最優(yōu)一組的開關(guān) 狀態(tài)作為下一時刻的輸出，從而實(shí)現(xiàn)逆變控制，具有控制簡單，動態(tài)響應(yīng)速度快，魯棒性強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛關(guān)注。
[0003] 變流器的逆變橋臂一般由上下功率開關(guān)管和續(xù)流二極管組成，兩個開關(guān)管控制狀 態(tài)互補(bǔ)，即其中一個為導(dǎo)通狀態(tài)另一個為關(guān)斷狀態(tài)。在同一個橋臂的上下兩個開關(guān)管發(fā)生 切換時，由于開關(guān)管的關(guān)斷延時特性，會短時間內(nèi)出現(xiàn)上下橋臂同時導(dǎo)通的現(xiàn)象，引起電源 短路。因此在每個控制周期里，都需要在橋臂的上下開關(guān)管切換過程中插入死區(qū)開關(guān)狀態(tài)， 也就是讓上下橋臂都同時關(guān)斷一段時間后再控制需要打開的開關(guān)管導(dǎo)通。逆變橋插入死區(qū) 開關(guān)狀態(tài)會影響逆變器的控制精度，引起輸出諧波的增加，使負(fù)載產(chǎn)生噪聲和振動等問題。 而且隨著控制周期越來越短，死區(qū)時間所占控制周期的比重越來越大，引起的系統(tǒng)誤差也 隨之增大。如常用的絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)切換過程中需要的死區(qū)時間約5US，若控制周 期為100us，那死區(qū)開關(guān)狀態(tài)帶來的誤差基本可以忽略，但隨著逆變精度要求越來越高，控 制周期越來越小，若用50us的控制周期，那么死區(qū)開關(guān)狀態(tài)將帶來更大的誤差。
[0004] 為了解決死區(qū)帶來的控制誤差問題，在脈沖寬度調(diào)制等逆變器控制方法中進(jìn)行了 大量的補(bǔ)償算法研宄，比如有死區(qū)對稱補(bǔ)償法、相角預(yù)測死區(qū)補(bǔ)償法、分段同步調(diào)制死區(qū)補(bǔ) 償法等。這些補(bǔ)償策略各有優(yōu)劣，并在一定程度上提高了脈沖寬度調(diào)制法的控制精度。但 這些補(bǔ)償算法都是基于被動的去消除死區(qū)誤差帶來的負(fù)面影響，而沒有利用死區(qū)狀態(tài)自身 的特點(diǎn)，主動提高逆變控制精度。
[0005] 在開關(guān)切換中插入死區(qū)開關(guān)狀態(tài)時會引起續(xù)流二極管的自然換流，而這個換流過 程對系統(tǒng)來說可以等效為一個新的電壓矢量輸出，選擇不同的死區(qū)開關(guān)狀態(tài)可能等效出不 同的死區(qū)等效電壓矢量。死區(qū)時間內(nèi)上下開關(guān)管均關(guān)斷的橋臂，若電流方向?yàn)檎ㄔO(shè)定電 流方向由逆變器流向負(fù)載時為正），則下橋臂的二極管則處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于輸出電壓為 負(fù)；反之，若電流方向?yàn)樨?fù)，則上橋臂的二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于輸出電壓為正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供可提高逆變控制精度的一種死區(qū)時間可變的逆變控制方 法。
[0007] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0008] 1)根據(jù)被控變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其負(fù)載，建立數(shù)學(xué)模型方程；
[0009] 2)構(gòu)建模型參數(shù)在線辨識算法，自動辨識并修正系統(tǒng)的參數(shù)；
[0010] 在步驟2)中，所述參數(shù)包括但不限于電阻、電感、感應(yīng)電勢等。
[0011] 3)在已建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用有限集模型預(yù)測控制方法，對被控變 流器建立基本的電流預(yù)測跟蹤控制，并根據(jù)功率開關(guān)管的延時特性，在每個開關(guān)狀態(tài)切換 過程中，插入固定的開關(guān)切換次數(shù)最少的死區(qū)開關(guān)狀態(tài)和持續(xù)時間，防止逆變橋臂直通短 路；
[0012] 在步驟3)中，所述插入固定的開關(guān)切換次數(shù)最少的死區(qū)開關(guān)狀態(tài)和持續(xù)時間，如 絕緣柵雙極型晶體管的死區(qū)時間一般為3~5 μ s。
[0013] 4)建立前后控制周期內(nèi)，每次開關(guān)狀態(tài)切換過程中，允許插入的所有死區(qū)開關(guān)狀 態(tài)和插入死區(qū)前后開關(guān)狀態(tài)的之間的函數(shù)關(guān)系式；
[0014] 5)根據(jù)感性負(fù)載開關(guān)切換過程中，橋臂產(chǎn)生的自然換流規(guī)律，計算死區(qū)狀態(tài)等效 電壓矢量；
[0015] 6)根據(jù)開關(guān)管性能、電感、電阻、電流等參數(shù)計算每個控制周期中，死區(qū)狀態(tài)等效 電壓矢量持續(xù)時間的上下限值；
[0016] 7)構(gòu)建死區(qū)等效電壓矢量作用結(jié)束時跟蹤誤差和欲輸出開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的電壓矢 量作用結(jié)束時跟蹤誤差的綜合代價函數(shù)，利用綜合代價函數(shù)，計算出每種開關(guān)狀態(tài)組合下 每個控制周期里插入死區(qū)開關(guān)狀態(tài)的最優(yōu)作用時間，并利用步驟6)計算出的時間上下限 進(jìn)行約束；
[0017] 8)利用每個控制周期時間固定的原則，用固定的控制周期時間減去死區(qū)開關(guān)狀態(tài) 的作用時間求得欲切換的開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的電壓矢量的作用時間；
[0018] 9)將步驟7)計算的死區(qū)開關(guān)狀態(tài)的作用時間，代回到該綜合代價函數(shù)中，計算出 綜合跟蹤控制誤差值；
[0019] 10)利用變流器開關(guān)狀態(tài)有限的特點(diǎn)，將所有可能的開關(guān)狀態(tài)作為欲切換的開關(guān) 狀態(tài)，并與步驟4)和5)計算出的所有允許插入的死區(qū)開關(guān)狀態(tài)及死去狀態(tài)等效電壓矢量 進(jìn)行組合，用遍歷法遍歷所有組合，并代入步驟6)、7)和8)計算出相應(yīng)的時間值，然后代入 步驟9)中構(gòu)建的綜合代價函數(shù)中，從而預(yù)測出所有組合的綜合跟蹤控制誤差值；
[0020] 11)根據(jù)步驟10)預(yù)測出的所有組合的綜合跟蹤控制誤差值，選取綜合跟蹤控制 誤差值最小的開關(guān)狀態(tài)組合作為當(dāng)前控制周期里插入的死區(qū)開關(guān)狀態(tài)和欲輸出的開關(guān)狀 態(tài)，根據(jù)步驟7)計算出當(dāng)前控制周期里死區(qū)開關(guān)狀態(tài)的作用時間，根據(jù)步驟8)計算出當(dāng)前 控制周期里欲輸出的開關(guān)狀態(tài)的作用時間；
[0021] 12)