专利名称：一种用于电压型pwm变换器的电流跟踪方法
技术领域：
本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种用于电压型PWM变换器的电流 跟踪方法。
背景技术：
对于动态性能要求较高的电压型PWM变换器，如有源电力滤波器(APF)、高性能整 流器、功率因数校正器(PFC)以及UPS等，最适合采用电流控制。目前，电流控制方法主要 有滞环法、三角波比较法、周期采样法和矢量法。三角波法的系统响应受其电流反馈稳定性的限制，周期采样法开关频率并没有明 确限制和固定(只限制了最小开关频率)，矢量法仅适用于三相系统。滞环法的优点是简单、易于实现、响应速度快、稳定性好。
图1为传统滞环法原理 图，电压型PWM变换器原理图如图1(a)所示。设在开关周期T内，电压ua、Vup和Vd_不变。 开关周期为T，DT时刻上桥臂开关导通，下桥臂开关截止，(I-D)T时刻下桥臂开关导通，上 桥臂开关截止。电压型PWM变换器及输出电流Ia和指令电流Iref波形如图1(b)所示，图 1 (b)中DT时亥IJ，电流13上升，与t轴夹角为β i，当电流高于环宽h时，开关动作，进入(I-D) T时刻，电流Ia下降，与t轴夹角为β 2，当电流Ia低于环宽_h时，开关动作，进入下一个开 关周期。该方法有两点不足(1)开关频率不固定。(2)开关频率可控性差。由于第1点不足，例如用于GTO等低频大功率开关器件组成的变换器时，会产生频 率较低且分布较宽的谐波，难以滤除。由于第2点不足，例如需要调节开关周期以减小开关 损耗，则不易实现。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于电压型PWM变换器的电流跟踪方法，该方法具有 传统滞环法跟踪指令电流精度高、响应快等所有优点，同时解决传统滞环法开关频率不固 定和不可控的问题，且易实现。一种用于电压型PWM变换器的电流跟踪方法，包括采用过零点抛物线PWM电流 跟踪、改进过零点抛物线PWM电流跟踪、变环宽PWM电流跟踪、斜线PWM电流跟踪，其特征在 于，其特征是所述方法包括下列步骤步骤1 确定纹波电流的过零点；步骤2 以过零点为起点确定电流环或电流斜率环；步骤3 根据电流环和纹波电流的大小或电流斜率环与纹波电流斜率的大小确定 PWM波形；步骤4:结束。所述步骤2以纹波过零点为起点做一段抛物线状的电流环，采用改进抛物线法确定电流环；根据前半开关周期占空比与0.5的比较结果，确定是以纹波过零点为起点做一 段抛物线状的电流环，还是以前半开关周期PWM改变时刻的纹波电流绝对值确定后半开关 周期的电流环；所述步骤2以纹波过零点为起点做一段抛物线状的电流环，采用变环法确定电流 环，确定纹波斜率并以纹波斜率为因变量确定电流斜率环，或采用斜线法以纹波过零点为 起点做一段三角波状的电流斜率环。所述步骤2是以过零点为起始做抛物线，当纹波电流与抛物线相交时，则PWM改 变，此次控制结束，等待下一次过零点；当下次过零点到来时，按步骤1到步骤4执行，如此 循环；将纹波电流限制在一簇抛物线状的电流环内，同时使得开关频率基本恒定。所述步骤3以纹波过零点为起点作斜线，将该斜线作为环宽与纹波电流的斜率比 较比较电流斜率环和纹波电流斜率值的大小，根据电流纹波斜率和直流侧电压，计算出环 宽；以电流斜率环与纹波电流斜率的大小确定PWM波形，若纹波电流斜率值超出电流斜率 环的范围，则PWM波形改变；若纹波电流斜率值在电流斜率环的范围以内，则PWM波形保持 不变，产生开关频率基本恒定的PWM波形。所述半开关周期占空比与0. 5的比较是在一个开关周期内寻找到占空比D大于 0. 5的那个半周期，由于这半周期占空比准确，另半周期占空比不准确，故用准确的I-D代 替它，使得开关频率较过零点抛物线法更加稳定。所述纹波电流是以指令电流减去桥臂电流或桥臂电流减去指令电流为纹波电流 或称为误差电流。所述电流斜率环，设电流斜率环环宽为h，以纹波电流斜率为0时为原点，大于h或 小于_h的区域称为电流斜率环外或超过电流斜率环，所述占空比D为PWM信号高电平和低电平所占时间的比值。所述步骤2确定纹波斜率及确定电流斜率环h，以检测交流电压Ua、直流侧电容电 压Vup、Vd。m、指令电流Iref通过计算确定，则满足公式(1)
权利要求
1.一种用于电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤步骤1 确定纹波电流的过零点；步骤2 以过零点为起点确定电流环或电流斜率环；步骤3 根据电流环和纹波电流的大小或电流斜率环与纹波电流斜率的大小确定PWM 波形；步骤4:结束。
2.根据权利要求1所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述步 骤2以纹波过零点为起点做一段抛物线状的电流环，采用改进抛物线法确定电流环；根据 前半开关周期占空比与0.5的比较结果，确定是以纹波过零点为起点做一段抛物线状的电 流环，还是以前半开关周期PWM改变时刻的纹波电流绝对值确定后半开关周期的电流环。
3.根据权利要求1所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述步 骤2以纹波过零点为起点做一段抛物线状的电流环，采用变环法确定电流环，确定纹波斜 率并以纹波斜率为因变量确定电流斜率环，或采用斜线法以纹波过零点为起点做一段三角 波状的电流斜率环。
4.根据权利要求1所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述 步骤2是以过零点为起始做抛物线，当纹波电流与抛物线相交时，则PWM改变，此次控制结 束，等待下一次过零点；当下次过零点到来时，按步骤1到步骤4执行，如此循环；将纹波电 流限制在一簇抛物线状的电流环内，同时使得开关频率基本恒定。
5.根据权利要求1所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述步 骤3以纹波过零点为起点作斜线，将该斜线作为环宽与纹波电流的斜率比较比较电流斜率 环和纹波电流斜率值的大小，根据电流纹波斜率和直流侧电压，计算出环宽；以电流斜率 环与纹波电流斜率的大小确定PWM波形，若纹波电流斜率值超出电流斜率环的范围，则PWM 波形改变；若纹波电流斜率值在电流斜率环的范围以内，则PWM波形保持不变，产生开关频 率基本恒定的PWM波形。
6.根据权利要求2所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述 半开关周期占空比与0. 5的比较是在一个开关周期内寻找到占空比D大于0. 5的那个半周 期，由于这半周期占空比准确，另半周期占空比不准确，故用准确的I-D代替它，使得开关 频率较过零点抛物线法更加稳定。
7.根据权利要求1所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述纹 波电流是以指令电流减去桥臂电流或桥臂电流减去指令电流为纹波电流或称为误差电流。
8.根据权利要求1所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述电 流斜率环，设电流斜率环环宽为h，以纹波电流斜率为0时为原点，大于h或小于-h的区域 称为电流斜率环外或超过电流斜率环。
9.根据权利要求2或6所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所 述占空比D为PWM信号高电平和低电平所占时间的比值。
10.根据权利要求3所述的一种电压型PWM变换器的电流跟踪方法，其特征在于，所述 步骤2确定纹波斜率及确定电流斜率环h，以检测交流电压Ua、直流侧电容电压Vup、Vd_、指 令电流通过计算确定，则满足公式(1)
全文摘要
本发明属于电力系统控制技术领域的一种用于电压型PWM变换器的电流跟踪方法。包括采用过零点抛物线PWM电流跟踪、改进过零点抛物线PWM电流跟踪、变环宽PWM电流跟踪和斜线PWM电流跟踪方式，具体步骤为确定纹波电流的过零点、以过零点为起点确定电流环或电流斜率环、根据电流环和纹波电流的大小或电流斜率环与纹波电流斜率的大小确定PWM波形和结束。本发明跟踪指令电流精度高，响应快，保持开关周期基本固定和开关周期可控，且易实现。适用于各种电压型PWM变换器，如交直流电机调速、高性能整流器、有源电力滤波器(APF)、高性能逆变电源、UPS以及PFC等。在减小开关损耗上也具有重要意义。
文档编号H02M7/00GK102064716SQ201010551109
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者刘晓博, 徐永海, 高璞 申请人:华北电力大学