专利名称：不间断电源中整流器的矢量控制方法
技术领域：
本发明涉及不间断电源(UPS)技术，尤其涉及不间断电源中整流器的矢量控制方法。
背景技术：
随着市场竞争的加剧，不间断电源(UPS)产品的价格成本压力越来越大。应用维也纳-类(VIENNA-like)电路作为UPS整流器得主电路拓扑，可节省电池供电电路的整个功率因素校正器(PFC)电路，从而降低了整机成本。
VIENNA-like的电路拓扑如图1所示。图中，S1～6-1为主路整流晶闸管(SCR)；S1～6-2为电池供电SCR；Q1、Q2、Q3为主路与电池共用PFC电路的绝缘门极双极性晶体管(IGBT)；L1～L6为主路与电池共用PFC电路的电感。
目前对VIENNA-like电路的控制为6路PFC的分立比例-积分(PI)控制，因为VIENNA-like电路良好的电路对称特性，因此，对整个电路的控制可等效为两个半桥的控制，从而使得控制结构简化；但这种控制方法也存在诸多弊端，如控制中调节量的物理意义不明晰，从而对于输入滤波参数的变化比较敏感；同时，若6路PFC的分布参数略有不同(如走线长度的差异)，而控制参数却又相同，则会引起这个VIENNA-like电路的特性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不间断电源(UPS)中整流器的矢量控制方法，以进一步提高UPS整流器的性能。
实现本发明的技术方案一种不间断电源(UPS)中整流器的矢量控制方法，所述整流器包括VIENNA-like(类维也纳-类)电路，通过脉宽调制(PWM)信号控制IGBT实现交流/直接变换，所述功率驱动信号由处理器输出的比例-积分(PI)结果进行控制；所述方法包括步骤A、对采样整流器的直流母线电压进行PI调节运算，得到有功电流环的给定值；B、对采样的整流器输入侧三相输入电流进行变换，得到空间电流矢量的有功分量和无功分量；C、将所述有功分量作为有功电流PI调节器的反馈量与所述有功电流环的给定值进行PI调节运算，得到有功电流调节输出；D、将无功分量作为无功电流PI调节器的反馈量与无功电流环的给定值进行PI调节运算，得到无功电流调节输出；E、对所述有功电流调节输出和无功电流调节输出进行变换得到三相电源的脉宽调制(PWM)开关量；F、根据采样的整流器输入侧的三相输入电源鉴别输入电压的正负，并与所述三相电源的脉宽调制(PWM)开关量共同产生各路功率因素校正器(PFC)的IGBT脉宽量，由该IGBT脉宽量控制产生的功率驱信号实现对VIENNA-like电路的矢量控制。
其中步骤B中进行的变换为3/2变换(PARK变换)和静止/旋转变换(CLARK变换)；步骤E中进行的变换为PARK和CLARK逆变换。
步骤C中还引入直流母线电压的前馈分量和无功电流的解藕分量与PI调节结果共同作用得到有功电流调节器输出。
步骤D中还引入有功电流的解藕分量与PI调节结果共同作用得到无功电流调节器输出。
如果系统性能要求较高时，通过调节无功分量给定值进行相应的无功补偿；否则将无功分量给定值设为0。
本发明通过对VIENNA-like电路进行矢量控制，对UPS整流器控制的物理意义清晰明了，即可按有功分量和无功分量进行控制，有助于提高UPS整流器的性能；同时，结合矢量控制和VIENA-like电路的共同的特点，通过矢量控制可使UPS整流器的整体性能显著提高，采用VIENNA-like电路可节约UPS整机成本，因此，采用本发明可使UPS整机具有很高的性价比。
图1为UPS的VIENNA-like整流电路；图2为UPS的原理框图；图3为基于VIENNA-like电路的矢量控制框图；图4为本发明的处理流程图。
具体实施例方式
VIENNA-like的电路拓扑如图1所示，晶闸管(SCR)S1～6-1用于主路整流；晶闸管S1～6-2用于电池供电；Q1、Q2、Q3为主路与电池共用功率因素校正器(PFC)电路的绝缘门极双极型晶体管(IGBT)；L1～L6为主路与电池共用PFC电路的电感，因电感量相同，设为L；电感L19、L20、L2及电容C7、C8、C9组成输入滤波环节；其中，通过PFC电感的电流设为iL，中线电流设为i0，输入电压为US，整流器内阻为R，母线电容两端电压为Ud，电容量为C；流过母线电容的电流为id，而PFC电路IGBT的开关函数设为SA，SB，SC。该整流器的基本电路方程为USA=iLAR+LdiLAdt+SA·Ud]]>USB=iLBR+LdiLCdt+SB·Ud]]>USC=iLCR+LdiLCdt+SC·Ud]]>CdUddt=SAiLA+SBiLB+SCiLC=id-i0]]>根据此电路方程，经PARK变换，静止/旋转变换，可得其状态方程
diddtdiqdtdUddt=-RLω-SdLω-RL-SqL3Sd2C3Sq2C0idiqUd+1L0001L0001LUsdUsqi0]]>其中，id，iq为输入电流经PARK及静止/旋转变换所得的电流矢量在d轴(有功电流分量)和q轴(无功电流分量)的分量；而Usd，Usq为输入电压经PARK及静止/旋转变换所得的电压矢量在d轴和q轴的分量；根据以上状态方程，以母线电压为整流器外环，以d轴电流为整流器内环，同时为追求整流器功率因数为1，应将代表无功分量的q轴电流环的给定值设为0，并通过对该状态方程的解藕，从而得出了VIENNA-like电路的矢量控制策略。
参阅图2所示，UPS主要包括VIENNA-like主电路、IGBT驱动电路、检测板(或称检测电路)和数字信号处理器(DSP)。PI调节器由DSP通过执行程序实现。VIENNA-like主电路在IGBT驱动电路输出的功率驱动信号控制下将输入的交流电转换为直流电并通过直流母线输出。检测板从主电路中的直流母线获取电压和电流信号并反馈给DSP，由DSP进行相关的PI调节器运算并输出用于脉宽调制信号(PWM)，用该脉宽调制信号控制EGBT电路产生功率驱动信号。
参阅图3所示，图中表示了DSP通过运行程序来实施的矢量控制策略。以下结合图2、图3和图4对实施矢量控制的具体流程进行说明步骤10通过检测板分别采样整流器输入侧的三相电压、电流以及输出侧直流母线电压。
步骤20DSP进行母线电压控制，经电压环PI调节运算得出有功(D轴)电流环的给定值。
步骤30将三相输入电流进行PARK变换和CLARK变换，得出空间电流矢量的有功分量和无功量分量，并分别作为有功(D轴)电流环和无功(Q轴)电流环的反馈量。
步骤40将有功分量作为有功电流环PI调节器的反馈量与所述有功电流环的给定值进行PI调节运算，得到有功电流调节输出。
为了进一步提高有功电流环的控制效果，可引入直流母线电压的前馈分量和无功电流的解藕分量与PI调节结果共同作用得到有功电流调节器输出。
步骤50将无功分量作为无功电流环PI调节器的反馈量与无功电流环的给定值进行PI调节运算，得到无功电流调节输出。
为了进一步提高无功电流环的控制效果，可引入有功电流的解藕分量与PI调节结果共同作用得到无功电流调节器输出。
如输入滤波参数较小，对工程设计影响不明显时，可将无功电流环的给定值设为0，如系统性能要求较高，则不能进行0无功分量控制，可通过调节无功电流环的给定值进行相应的无功补偿。
步骤60将有功电流调节输出和无功电流调节输出进行PARK和CLARK反变换，得出A、B、C三相的脉宽调制(PWM)开关量，并在每个工频周期对上述开关量进行集中死区补偿。
步骤70以输入鉴相器判别输入电压正负，并与A、B、C三相的PWM开关量共同得出各路PFC的IGBT脉宽量，由该IGBT脉宽量控制产生的功率驱信号实现对VIENNA-like电路的矢量控制。
权利要求
1.一种不间断电源(UPS)中整流器的矢量控制方法，所述整流器包括维也纳-类(VIENNA-like)电路，通过脉宽调制(PWM)信号控制绝缘门极双极性晶体管(IGBT)实现交流/直接变换，所述功率驱动信号由处理器输出的比例-积分(PI)结果进行控制；其特征在于所述方法包括步骤A、对采样整流器的直流母线电压进行PI调节运算，得到有功电流环的给定值；B、对采样的整流器输入侧三相输入电流进行变换，得到空间电流矢量的有功分量和无功分量；C、将所述有功分量作为有功电流PI调节器的反馈量与所述有功电流环的给定值进行PI调节运算，得到有功电流调节输出；D、将无功分量作为无功电流PI调节器的反馈量与无功电流环的给定值进行PI调节运算，得到无功电流调节输出；E、对所述有功电流调节输出和无功电流调节输出进行变换得到三相电源的脉宽调制(PWM)开关量；F、根据采样的整流器输入侧的三相输入电源鉴别输入电压的正负，并与所述三相电源的脉宽调制(PWM)开关量共同产生各路功率因素校正器(PFC)的IGBT脉宽量，由该IGBT脉宽量控制产生的功率驱信号实现对VIENNA-like电路的矢量控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中进行的变换为3/2变换(PARK变换)和静止/旋转变换(CLARK变换)；步骤E中进行的变换为PARK和CLARK逆变换。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中还引入直流母线电压的前馈分量和无功电流的解藕分量与PI调节结果共同作用得到有功电流调节器输出。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤D中还引入有功电流的解藕分量与PI调节结果共同作用得到无功电流调节器输出。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果系统性能要求较高时，通过调节无功分量给定值进行相应的无功补偿；否则将无功分量给定值设为0。
全文摘要
本发明公开了一种不间断电源中整流器的矢量控制方法，该整流器包括VIENNA－like电路，所述方法为以目标为整流器的直流母线电压的电压环PI调节器的输出作为电流环的给定值；根据整流器输入侧三相输入电流，经3/2变换，静止/旋转变换，得到空间电流矢量的有功分量和无功分量；根据有功电流和无功电流调节器的给定值与空间电流矢量的有功分量和无功分量之差进行PI调节运算并变换后得到三相不间断电源整流器的脉宽调制开关量；判别整流器输入侧的三相输入电压的正负，并与所述三相不间断电源整流器的脉宽调制(PWM)开关量共同产生各路功率因素校正器的IGBT脉宽量，由该IGBT脉宽量经功率放大实现对VIENNA－like电路的矢量控制。
文档编号H02J7/00GK1622420SQ20031011667
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月26日 优先权日2003年11月26日
发明者王超, 刘平 申请人:力博特公司