三相输出电压控制方法及装置与流程

本发明属于电气控制技术领域，更具体地说，是涉及一种三相输出电压控制方法及装置。

背景技术：

现有技术中，逆变器电路三相输出电压的控制方案主要包括两种，一种方案为独立控制，另一种方案为dq控制。其中，采用独立控制方案，逆变器电路的输出控制不平衡带载特性好，但是动态特性差；采用dq控制方案，逆变器电路的输出控制动态特性好，但是不平衡带载特性差。

因此，亟需一种综合控制性能良好的逆变器电路三相输出电压控制方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种三相输出电压控制方法及装置，以实现更好的逆变器电路三相输出电压控制性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供了一种三相输出电压控制方法，所述三相输出电压控制方法应用于逆变器电路，所述三相输出电压控制方法包括：

获取逆变器电路各相的输出电压，并基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量；

对逆变器电路各相的输出电压进行dq变换，确定逆变器电路的输出电压在dq坐标系下的d轴分量，并基于所述d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量；

获取逆变器电路各相输出电压的相位，并基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、所述给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值；

基于逆变器电路各相的输出电压给定值对所述逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制。

可选的，所述基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量，包括：

基于所述逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的有效电压误差值；

将逆变器电路各相的有效电压误差值输入至预设控制器中，得到逆变器电路各相的给定基础量。

可选的，所述基于所述d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量，包括：

s11：基于所述d轴分量以及预设d轴分量给定值确定d轴分量误差值；

s22：若所述d轴分量误差值大于第一预设门限值，则将所述d轴分量误差值输入至预设的积分控制器中，得到给定补偿量δud，并返回执行步骤s11；

s33：若所述d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud≥d，则确定给定补偿量为δud-d，并返回执行步骤s11；其中d为预设步长；

若所述d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud<d，则令δud＝0。

可选的，所述基于所述d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量，包括：

s11：基于所述d轴分量以及预设d轴分量给定值确定d轴分量误差值；

s22：若所述d轴分量误差值大于第一预设门限值，则将所述d轴分量误差值输入至预设的积分控制器中，得到给定补偿量δud，并返回执行步骤s11；

s33：若所述d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud≥p，则令p＝rand(d1，d2)，确定给定补偿量为δud，并返回执行步骤s11；其中p表示退积分的步长，为预设步长范围(d1，d2)内的随机值；

若所述d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud<d，则令δud＝0。

可选的，所述基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、所述给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值，包括：

基于所述给定补偿量对逆变器电路各相的给定基础量进行补偿，得到逆变器电路各相的给定修正量；

根据逆变器电路各相的给定修正量以及逆变器电路各相输出电压的相位确定逆变器电路各相的输出电压给定值。

可选的，所述基于逆变器电路各相的输出电压给定值对所述逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制，包括：

基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的电流给定值；

获取逆变器电路各相的输出电流，基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定逆变器电路各相的开关管控制量；

根据逆变器电路各相的开关管控制量对逆变器电路各相的开关管进行控制。

可选的，所述基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的电流给定值，包括：

基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的输出电压误差值；

将逆变器电路各相的输出电压误差值输入至预设的电压环控制器，得到逆变器电路各相的电流给定值。

可选的，所述基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定逆变器电路各相的开关管控制量，包括：

基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定各相的电流误差值；

将各相的电流误差值输入至预设的电流环控制器，得到逆变器电路各相的开关管控制量。

可选的，所述根据逆变器电路各相的开关管控制量对逆变器电路各相的开关管进行控制，包括：

基于逆变器电路各相的开关管控制量以及逆变器电路各相的输出电压确定各相的修正电压值；

获取所述逆变器输入侧的直流电压值，基于所述直流电压值对各相的修正电压值进行变换，并基于变换后的各相的修正电压值生成pwm信号；

其中，所述pwm信号作用于逆变器电路各相的开关管。

为实现上述目的，本发明还提供了一种三相输出电压控制装置，所述三相输出电压控制装置应用于逆变器电路，所述三相输出电压控制装置包括：

给定值计算模块，用于获取逆变器电路各相的输出电压，并基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量；

补偿值计算模块，用于对逆变器电路各相的输出电压进行dq变换，确定逆变器电路的输出电压在dq坐标系下的d轴分量，并基于所述d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量；

给定值补偿模块，用于获取逆变器电路各相输出电压的相位，并基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、所述给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值；

闭环控制模块，用于基于逆变器电路各相的输出电压给定值对所述逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制。

本发明提供的三相输出电压控制方法及装置的有益效果在于：

本发明基于独立控制的构思确定了逆变器电路各相的给定基础量，基于dq控制的构思确定了给定补偿量，在此基础上得到了逆变器电路各相的输出电压给定值，再基于逆变器电路各相的输出电压给定值对逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制。也就是说，区别于现有技术，本发明将dq控制量作为补偿量引入到逆变器电路各相的输出电压给定值计算中，创造性地将独立控制和dq控制结合，使得本发明提供的逆变器电路三相输出电压控制方案在具备良好的不平衡带载特性的同时，拥有了更好的动态特性。也即，本发明拥有更好的逆变器电路三相输出电压控制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的三相输出电压控制方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的三相输出电压控制装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的三相输出电压控制方法的控制示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1和图3，图1为本发明一实施例提供的三相输出电压控制方法的结构示意图，图3为本发明一实施例提供的三相输出电压控制方法的控制示意图，该三相输出电压控制方法三相输出电压控制方法应用于逆变器电路。

该三相输出电压控制方法包括：

s101：获取逆变器电路各相的输出电压，并基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量。

在本实施例中，可参考图3，图3中urmsfdb为逆变器电路某一相的输出电压的有效值，urmsref为预设的电压有效值。具体的，基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量，可以详述为：

基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的有效电压误差值，将逆变器电路各相的有效电压误差值输入至预设控制器中，得到逆变器电路各相的给定基础量。其中，预设控制器可以为pi控制器(比例积分控制器)，也可以其他控制器，此处不作限定。

s102：对逆变器电路各相的输出电压进行dq变换，确定逆变器电路的输出电压在dq坐标系下的d轴分量，并基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量。

在本实施例中，可以对逆变器电路三相电压进行dq变换，得到逆变器电路的输出电压在dq坐标系下的d轴分量(对应图3中的ud_ref)，再基于d轴分量以及预设d轴分量给定值(对应图3中的ud)的差值确定给定补偿量。该给定补偿量用于对逆变器电路各相的给定基础量进行补偿。其中，图3中lpf表示低通滤波器。

s103：获取逆变器电路各相输出电压的相位，并基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值。

在本实施例中，基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值，可以详述为：

基于给定补偿量对逆变器电路各相的给定基础量进行补偿，得到逆变器电路各相的给定修正量；根据逆变器电路各相的给定修正量以及逆变器电路各相输出电压的相位确定逆变器电路各相的输出电压给定值。

具体的，可将给定补偿量和逆变器电路各相的给定基础量之和作为逆变器电路各相的给定修正量，可将逆变器电路各相的给定修正量与各相的相位(对应图3中的sinθ，sinθ表示某一相的相位表征量)之积作为逆变器电路各相的输出电压给定值。

其中，逆变器电路各相相位可以根据逆变器电路的三相输出电压确定，也可以根据逆变器电路对应的市电输入确定。

s104：基于逆变器电路各相的输出电压给定值对逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制。

在本实施例中，可基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的电流给定值。基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定逆变器电路各相的开关管控制量。根据逆变器电路各相的开关管控制量对逆变器电路各相的开关管进行控制。

其中，基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的电流给定值，可以详述为：

基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压(对应图3中的uinv，其中uinv表示逆变器交流侧某一相的输出电压值，其中gv通常表示电压放大系数，在本实施例中代表预设的电压环控制器)确定逆变器电路各相的输出电压误差值。将逆变器电路各相的输出电压误差值输入至预设的电压环控制器，得到逆变器电路各相的电流给定值。

其中，基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定逆变器电路各相的开关管控制量，可以详述为：

基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流(对应图3中的il，其中il表示逆变器电路某一相的电感电流值，其中gi通常表示电流放大系数，在本实施例中代表预设的电流环控制器)确定各相的电流误差值。将各相的电流误差值输入至预设的电流环控制器，得到逆变器电路各相的开关管控制量。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制方法的一种具体实施方式，基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量，包括：

s11：基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定d轴分量误差值。

s22：若d轴分量误差值大于第一预设门限值，则将d轴分量误差值输入至预设的积分控制器中，得到给定补偿量δud，并返回执行步骤s11。

s33：若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud≥d，则确定给定补偿量为δud-d，并返回执行步骤s11。其中d为预设步长。

若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud<d，则令δud＝0。

在本实施例中，若d轴分量误差值不大于第一预设门限值，则不执行积分操作，也即将给定补偿量δud直接置零，此时不再对逆变器电路各相的给定基础量进行补偿。也就是说，在出现逆变器电路输出电压跌落严重的情况时，d轴分量误差值会比较大(大于第一预设门限值)，此时可对逆变器电路各相的给定基础量进行补偿，在补偿过程中，随着逆变器电路系统的逐渐稳定，d轴分量误差值不再大于第一预设门限值，此时可在每次积分控制之前，进行退积分操作，使补偿模块(此处指计算给定补偿量的模块)缓慢退出。此种方法存在以下效果：1)在逆变器电路输出电压稳定时补偿模块退出可以有效避免多个控制信号的拉扯，减少资源占用。2)采用退积分的方式进行补偿模块的退出可以有效防止逆变器电路系统的振荡，保证逆变器电路系统的稳定。

在本实施例中，第一预设门限值的取值范围可以为5～9v(例如，第一预设门限值可以为7v)。

在本实施例中，退积分操作为：按照预设步长逐步降低积分控制器中累积误差量的值(也即不再进行d轴分量误差值的累积，而是在之前累积误差量的基础上按照预设补偿量降低累积误差量的值，其中累积误差量也即积分控制器的输出量，也即给定补偿量)。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制方法的一种具体实施方式，基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量，还可以包括：

s11：基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定d轴分量误差值。

s22：若d轴分量误差值大于第一预设门限值，则将d轴分量误差值输入至预设的积分控制器中，得到给定补偿量δud，并返回执行步骤s11。

s33：若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud≥p，则令p＝rand(d1，d2)，确定给定补偿量为δud-p，并返回执行步骤s11；其中p表示退积分的步长，为预设步长范围(d1，d2)内的随机值。

若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud<d，则令δud＝0。

在本实施例中，退积分的步长是可以在预设步长范围(d1，d2)内变化的，也就是说，积分控制器中累积误差量的减少量是可以在预设步长范围内变化的，只要退积分的步长在预设步长范围内，补偿模块(此处指计算给定补偿量的模块)就能够实现缓慢退出，保证逆变器电路系统的稳定。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制方法的一种具体实施方式，根据逆变器电路各相的开关管控制量对逆变器电路各相的开关管进行控制，可以详述为：

基于逆变器电路各相的开关管控制量以及逆变器电路各相的输出电压确定各相的修正电压值。

在本实施例中，可将逆变器电路各相的开关管控制量以及逆变器电路各相的输出电压(对应图3中的uinv，其中uinv表示逆变器电路输出侧某一相的反馈电压值)对应相加得到各相的修正电压值。

获取逆变器输入侧的直流电压值，基于直流电压值对各相的修正电压值进行变换，并基于变换后的各相的修正电压值生成pwm信号。

在本实施例中，可将直流电压值与各相的修正电压值的乘积的1/2作为modulate单元的输入量，其中modulate单元用于根据输入量生成出对应的pwm信号，其中pwm信号作用于逆变器电路各相的开关管，以实现对逆变器电路各相的开关管的控制。

对应于上文实施例的三相输出电压控制方法，图2为本发明一实施例提供的三相输出电压控制装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该三相输出电压控制装置应用于逆变器电路，逆变器电路包含逆变器和滤波器，逆变器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端为逆变器电路的输出端。参考图2，三相输出电压控制装置20包括：

给定值计算模块21，用于获取逆变器电路各相的输出电压，并基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量。

补偿值计算模块22，用于对逆变器电路各相的输出电压进行dq变换，确定逆变器电路的输出电压在dq坐标系下的d轴分量，并基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量。

给定值补偿模块23，用于获取逆变器电路各相输出电压的相位，并基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值。

闭环控制模块24，用于基于逆变器电路各相的输出电压给定值对逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的给定基础量，包括：

基于逆变器电路各相的输出电压的有效值以及预设的电压有效值确定逆变器电路各相的有效电压误差值。

将逆变器电路各相的有效电压误差值输入至预设控制器中，得到逆变器电路各相的给定基础量。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量，包括：

s11：基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定d轴分量误差值。

s22：若d轴分量误差值大于第一预设门限值，则将d轴分量误差值输入至预设的积分控制器中，得到给定补偿量δud，并返回执行步骤s11。

s33：若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud≥d，则确定给定补偿量为δud-d，并返回执行步骤s11。其中d为预设步长。

若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud<d，则令δud＝0。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定给定补偿量，包括：

s11：基于d轴分量以及预设d轴分量给定值确定d轴分量误差值。

s22：若d轴分量误差值大于第一预设门限值，则将d轴分量误差值输入至预设的积分控制器中，得到给定补偿量δud，并返回执行步骤s11。

s33：若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud≥p，则令p＝rand(d1，d2)，确定给定补偿量为δud，并返回执行步骤s11。其中p表示退积分的步长，为预设步长范围(d1，d2)内的随机值。

若d轴分量误差值不大于第一预设门限值且δud<d，则令δud＝0。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于逆变器电路各相输出电压的相位、逆变器电路各相的给定基础量、给定补偿量确定逆变器电路各相的输出电压给定值，包括：

基于给定补偿量对逆变器电路各相的给定基础量进行补偿，得到逆变器电路各相的给定修正量。

根据逆变器电路各相的给定修正量以及逆变器电路各相输出电压的相位确定逆变器电路各相的输出电压给定值。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于逆变器电路各相的输出电压给定值对逆变器电路的三相输出电压进行闭环控制，包括：

基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的电流给定值。

获取逆变器电路各相的输出电流，基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定逆变器电路各相的开关管控制量。

根据逆变器电路各相的开关管控制量对逆变器电路各相的开关管进行控制。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的电流给定值，包括：

基于逆变器电路各相的输出电压给定值、逆变器电路各相的输出电压确定逆变器电路各相的输出电压误差值。

将逆变器电路各相的输出电压误差值输入至预设的电压环控制器，得到逆变器电路各相的电流给定值。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定逆变器电路各相的开关管控制量，包括：

基于逆变器电路各相的电流给定值、逆变器电路各相的输出电流确定各相的电流误差值。

将各相的电流误差值输入至预设的电流环控制器，得到逆变器电路各相的开关管控制量。

可选的，作为本发明实施例提供的三相输出电压控制装置的一种具体实施方式，根据逆变器电路各相的开关管控制量对逆变器电路各相的开关管进行控制，包括：

基于逆变器电路各相的开关管控制量以及逆变器电路各相的输出电压确定各相的修正电压值。

获取逆变器输入侧的直流电压值，基于直流电压值对各相的修正电压值进行变换，并基于变换后的各相的修正电压值生成pwm信号。

其中，pwm信号作用于逆变器电路各相的开关管。

以上，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。