变频开关序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用与流程

本发明属于变频开关序列控制技术领域，尤其涉及一种变频开关序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用。

背景技术：

近几十年，电力电子设备得到了快速的发展，特别在新能源并网系统中有着广泛的应用，在电网系统中使用了mos管，绝缘栅双极型晶体管等大量功率开关元件。并网逆变器中功率元件的高频开关，使得并网系统成为了开关控制系统，功率元件的开关对并网系统的性能有着很大的影响，并影响着整个并网系统的稳定性。应基于高频开关控制理论充分讨论整个电力系统的稳定性。但是，从理论上讲，没有系统的理论来解决功率元件对整个并网系统稳定性的影响。在设计开关调制方法对电源开关系统稳定性影响时，功率元件的开关损耗也是需要考虑的问题。引起开关损耗的因素有很多，如：电压不平衡、开关元件的高频开关量等；开关损耗主要发生在高频下，实际功率转换器中工作频率范围的不断增加会引起开关损耗，并且往往是电子电力设备效率降低的主要原因，损耗增加会导致器件温度升高，这意味着半导体特性发生变化，并且损坏的风险很高，从而极大地决定了设计的最终性能。而针对电压不平衡，已经提出的减轻静态和动态电压不平衡的大多数方法都会增加晶体管的损耗。目前提出的串联无损耗串联高压开关(lhvs)是减轻电压不平衡从而减少开关损耗。在电网中，将双路有源桥(dab)拓扑用于中压和高压功率转换以减少开关损耗。

传统的开关调制方法是所谓的脉冲宽度调制(pwm)是通过比较固定频率载波和设计的连续控制器的输出来实现开关控制。为了提高电源开关系统的精度，提出了许多先进的调制方法，例如spwm和svpwm等。但是，目前在设计开关控制系统时，业内调制方法只在于设计使得电力系统稳定，并没有理论依据去分析系统的稳定性以及误差分析，没有考虑调制方法对电力系统稳定性的影响。理论上也没有系统的去讨论上述开关调制方法的稳定性和稳态精度。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前在设计开关控制系统时，没有考虑调制方法对电力系统稳定性的影响；理论上也没有系统的去讨论上述开关调制方法的稳定性和稳态精度。

解决以上问题及缺陷的难度为：现有pwm方法是基于面积等效原理，但忽略了给定信号或扰动在调制层面带来的误差影响，从而使得误差不可控制，限制了跟踪精度。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明属于一种新的电力系统调制方法，能够有效分析电力系统稳定性，在存在扰动或者给定信号为时变信号时，不仅能时跟踪误差控制在理想范围，而且为电力系统的调制提供借鉴意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种变频开关序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用。

本发明是这样实现的，一种变频开关序列控制方法，所述变频开关序列控制方法包括：

第一步，建立一阶连续开关系统模型；

第二步，设计输入变量u；

第三步，得到功率元件开关切换序列；

当i为偶数时：

当i为奇数时：

其中，0≤ki≤1，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号；u为可控直流电源幅值，b由l逆变器参数和逆变器两端等效负载决定，为常数；

第四步，得到跟踪误差并分析。

进一步，所述第二步设计输入变量u，u满足：

i为偶数时：

(1)t∈[it,it+kit]时，u＝u；

(2)t∈[it+kit,(i+1)t]时，u＝-u；

i为奇数时：

(1)t∈[it,it+kit]时，u＝-u；

(2)t∈[it+kit,(i+1)t]时，u＝u；

其中，0≤ki≤1，u＞0，t为时间周期。

进一步，所述第四步得到跟踪误差并分析：

在i＝0,2,4…的情况下，t∈[it,(i+1)t]时，随着t的增大，跟踪误差先变大后变小，在t＝it+kit时取得最大值；

在i＝1,3,5…的情况下，t∈[it,(i+1)t]时，随着t的增大，跟踪误差先变小后变大，在t＝it+kit时取得最小值。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤：

第一步，建立一阶连续开关系统模型；

第二步，设计输入变量u；

第三步，得到功率元件开关切换序列；

当i为偶数时：

当i为奇数时：

其中，0≤ki≤1，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号；

第四步，得到跟踪误差并分析。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的变频开关序列控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述的变频开关序列控制方法的变频开关序列控制系统，所述变频开关序列控制系统包括：

单相l型逆变器模型，用于建立一阶连续开关系统模型；

可控直流电源，用于控制输入变量u的幅值大小；

控制板，编写dsp程序使得逆变器中的功率开关元件按所设计的高频开关序列进行导通和关断；

带数字滤波功能的示波器，用于观测电流信号和跟踪给定信号，并进行误差分析。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述变频开关序列控制系统的变频开关序列控制和误差分析装置。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述变频开关序列控制和误差分析装置的并网逆变器中功率元件。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述变频开关序列控制和误差分析装置的电源开关系统。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述变频开关序列控制和误差分析装置的电力电子设备。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：现有的技术只给出了设计的开关控制策略，并没有系统地提出关于功率开关控制的稳定性和稳态精度的理论。本发明基于开关控制理论充分讨论整个电力系统的稳定性，其跟踪给定信号的动态响应快，在跟定信号发生改变时，其跟踪速度可达1ms以内，且有着精确的稳态误差。同时，本发明提出的一阶功率开关系统的开关切换序列控制方法和跟踪误差分析方法系统的分析了一阶功率开关控制的稳定性和稳态精度。

如图4(a)所示，本发明在跟踪给定直流信号时的跟踪稳态仿真图，如图4(b)所示，本发明在跟踪给定正弦(交流)信号时的跟踪稳态仿真图，如图4(c)所示，本发明在跟踪给定直流信号时的跟踪动态仿真图；本发明的检测方法具有良好的动态响应且有着精确的稳态误差。本发明基于开关控制理论充分讨论整个电力系统的稳定性，其跟踪给定信号的动态响应快，且有着精确的稳态误差分析。

与现有技术相比，本发明能降低电力元器件的开关损耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的变频开关序列控制方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的变频开关序列控制系统的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的变频开关序列控制方法的实现流程图。

图4是本发明实施例提供的电流跟踪仿真图；

图中：(a)跟踪直流的稳态仿真图；(b)跟踪正弦信号的稳态仿真图；(c)跟踪直流的动态仿真图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种变频开关序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的变频开关序列控制方法包括以下步骤：

s101：建立一阶连续开关系统模型。

s102：设计输入变量u。

s103：得到功率元件开关切换序列。

s104：得到精确的跟踪误差并分析。

如图2所示，本发明提供的变频开关序列控制系统包括：

单相l型逆变器模型，建立一阶连续开关系统模型。

可控直流电源，用于产生算法中所需的控制输入变量u的幅值大小。

c2000microcontrollertms320f28379d控制板，编写dsp程序使得逆变器中的功率开关元件按所设计的高频开关序列进行切换(导通和关断)。

带数字滤波功能的示波器，用于观测电流信号和跟踪给定信号，并对其进行误差分析。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图3所示，本发明提供的变频开关序列控制方法包括以下步骤：

第一步：建立一阶连续开关系统模型。

第二步：设计输入变量u，u满足如下关系：

i为偶数时：

(1)t∈[it,it+kit]时，u＝u；

(2)t∈[it+kit,(i+1)t]时，u＝-u；

i为奇数时：

(1)t∈[it,it+kit]时，u＝-u；

(2)t∈[it+kit,(i+1)t]时，u＝u；

其中，0≤ki≤1，u＞0，t为时间周期。

第三步：得到功率元件开关切换序列：

当i为偶数时：

当i为奇数时：

其中，0≤ki≤1，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号。u为可控直流电源幅值，b由l逆变器参数和逆变器两端等效负载决定，为常数；

第四步：得到精确的跟踪误差并分析：

在i＝0,2,4…的情况下，t∈[it,(i+1)t]时，随着t的增大，跟踪误差先变大后变小，在t＝it+kit时取得最大值；

在i＝1,3,5…的情况下，t∈[it,(i+1)t]时，随着t的增大，跟踪误差先变小后变大，在t＝it+kit时取得最小值。

下面结合附图对本发明的技术效果作详细的描述。

如图4所示，图4(a)、图4(b)中从图中可以看出，在跟踪给定信号时，有着精确的稳态误差，图4(c)中从图中可以看出，该发明所提出的高频开关序列控制方法的跟踪速度快。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。