[发明专利]适用于九开关变换器的滑模控制方法

说明书

技术领域

本发明属于九开关变换器的控制技术，具体涉及一种适用于九开关变换器的滑模控制方法。

背景技术

在电动或混合动力汽车、舰船动力装置、高铁、UPS、风力发电系统等许多工业应用中，变换器需要同时连接多路三相系统运行，其最简单的实现方法是为每一路三相系统配备独立的变换器；这将增加整套装置的体积与开发成本。为了降低开发成本、减小装置的体积，一种采用九个开关器件连接两路三相系统的变换器被提出，其拓扑结构如图1所示。

九开关变换器[参见K.Oka，Y.Nozawa，R.Omata，K.Suzuki，A.Furuya，and K.Matsuse.Characteristic comparison between Five-Leg Inverter and Nine-Switch Inverter.PCC’07，pp.279-283，June 2007.]由九个开关管Q₁-Q₉组成，其中，Q₁、Q₂和Q₃组成A相桥臂，Q₄、Q₅和Q₆组成B相桥臂，Q₇、Q₈和Q₉组成C相桥臂。九开关变换器划分为上变换器与下变换器两个部分，上变换器由开关管Q₁、Q₂、Q₄、Q₅、Q₇和Q₈构成，称为Inv-1，通过A₁、B₁和C₁输出；下变换器由开关管Q₂、Q₃、Q₅、Q₆、Q₈和Q₉构成，称为Inv-2，通过A₂、B₂和C₂输出；开关管Q₂、Q₃和Q₅被上变换器和下变换器共用。

九开关变换器的正常工作，需要采用一种分时调制的控制策略：将一个开关周期划分为两个时间片，在第一个时间片内，上管Q₁、Q₄和Q₇一直保持导通，此时A₁、B₁和C₁同时连接到正电压，Inv-1输出为零状态，Inv-2采用传统的三相逆变器调制策略来控制；在第二个时间片内，下管Q₃、Q₆和Q₉一直保持导通，此时A₂、B₂和C₂同时连接到负电压，Inv-2输出为零状态，，Inv-1采用传统的三相逆变器调制策略来控制。正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)[参见Congwei Liu，Bin Wu，NavidZargari and David Xu.A Novel Nine-Switch P WM Rectifier-Inverter Topology ForThree-Phase UPS Applications.J.Eur.Power Electron.(EPE)，vol.19，no.2，pp.1-10，2009.]和空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)[参见S.M.Dehghan，M.Mohamadian，A.Yazdian，F.Ashrafzadeh.A novel space vectormodulation for nine-switch converters.Energy Conversion Congress and Exposition，2009.ECCE 2009.IEEE.pp.885-891.]本质上均采用了这种分时调制的方法，属于基于输出电压的调制策略，这种调制策略通过控制输出电压达到控制输出电流的目的。然而，在交流系统中，被控对象大多为电流，因此这种基于输出电压的调制策略会对整个控制系统带来以下不利的影响：由于被控对象为输出电流，基于输出电压的调制策略会使调制策略和控制方法变得复杂；系统的动态响应存在一定的暂态过渡延迟，在暂态过渡过程完成后，系统输出才能够正确跟踪指令。