[发明专利]交直流馈能型电子模拟负载装置及其控制方法

权利要求书

1.一种交直流馈能型电子模拟负载装置的控制方法，该交直流馈能型电子模拟负载装置包括：控制器(2)、输入侧变换单元(3)、输入侧H桥逆变单元(4)、隔离高频变压器(5)、输出侧H桥整流单元(6)、输出侧变换单元(7)、输入电压互感器(8)、输入电流互感器(9)、输出电压互感器(10)、输出电流互感器(11)、直流电压互感器(12)、输入交流端子(13)、输出交流端子(14)、输出直流端子(15)和显示单元(16)，所述的输入侧变换单元(3)的输入端与所述的输入交流端子(13)相连，该输入侧变换单元(3)的输出端与所述的输入侧H桥逆变单元(4)的输入端相连，该输入侧H桥逆变单元(4)的输出端与所述的隔离高频变压器(5)的输入端相连，该隔离高频变压器(5)的输出端与所述的输出侧H桥整流单元(6)的输入端相连，所述的输出侧H桥整流单元(6)的输出端和所述的输出侧变换单元(7)的输入端相连，所述的输出侧变换单元(7)的输出端与所述的输出交流端子(14)相连；所述的输出直流端子(15)接所述的输出侧H桥整流单元(6)的输出端；所述的直流电压传感器(12)的输入侧与所述的输出侧H桥整流单元(6)的输出端相连；所述的输入电压互感器(8)的输入侧与所述的输入侧变换单元(3)的输入端的主电路相连，所述的输入电压互感器(8)的电压信号输出端与所述的控制器(2)对应的输入电压信号输入端口(Us)相连；所述的输入电流互感器(9)串接在所述的输入侧变换单元(3)和所述的输入交流端子(13)之间的电路中，该输入电流互感器(9)的交流电流信号输出端与所述的控制器(2)的交流输入电流信号的输入端口(Is)相连；所述的输出电压互感器(10)的输入侧与所述的输出侧变换单元(7)的输出端的主电路相连，所述的输出电压互感器(10)的电压信号输出端与所述的控制器(2)的输出交流电压信号的输入端口(Uo)相连；所述的输出电流互感器(11)串接在所述的输出侧变换单元(7)的输出端的电路中，该输出电流互感器(11)的电流信号输出端与所述的控制器(2)的输出电流信号输入端口(Io)相连；所述的直流电压传感器(12)的电压信号输出端与所述的控制器(2)的直流电压信号输入端口相连；所述的控制器(2)的输出脉宽调制信号PWMS123、PWMO123端口分别与所述的输入侧变换单元(3)的PWM控制信号端、所述的输出侧变换单元(7)的PWM控制信号端相连；所述的控制器(2)的本地通讯端口与所述的显示单元(16)的通讯端口相连，所述的控制器(2)的远端通讯端口与上位机通讯相连；其特征在于该方法包括输出侧变换单元控制方法、输入侧变换单元控制方法和能量反馈优化方法，所述的输出侧变换单元控制方法包括下列步骤：

①给定第1比例积分器(PI1)、第2比例积分器(PI2)、第3比例积分器(PI3)的控制参数：1<kp1<100、0.1<ki1<10、1<kp2<100、0.1<ki2<10、1<kp3<100、0.1<ki3<10，测量输出侧交流电压uo、交流电流io，并由此得到输出侧交流电压幅值Us、输出侧交流电流幅值I_d、I_q以及输出侧交流电压与交流电流的功角θ；

②设定直流电压给定值U_DCref，测量直流电压U_DC，将设定直流电压给定值U_DCref和测量的直流电压U_DC之差经第1比例积分器(PI1)控制的输出值u_d0为：

u_d0＝k_p1*(U_DCref-U_DC)+k_i1*∫(U_DCref-U_DC)dt

其中，U_DCref是直流电压给定值，标幺值为1～1.2；

③将第1比例积分器(PI1)的输出值，结合测量得到的输出侧交流电压U_S与电流I_d，经第2比例积分器(PI2)得到逆变单元的有功功率控制量u_d，具体公式如下：

u_d＝k_p2*(u_d0-I_d)+k_i2*∫(u_d0-I_d)dt+U_S

④测量得到的输出侧交流电流I_q，经过第3比例积分器(PI3)，得到逆变单元的无功功率控制量u_q，具体公式如下：

u_q＝k_p3*I_q+k_i3*∫I_qdt；

⑤根据所述的无功功率控制量u_q、有功功率控制量u_d，经过dq-abc派克反变换后，得到三相逆变单元脉宽调制PWM信号：

调节输出侧变换单元的输出电压。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的输入侧变换单元控制方法包括下列步骤：

步骤1，恒功率控制：

选择恒功率控制下，则恒功率控制如下：

①给定第4比例积分器(PI4)、第5比例积分器(PI5)、第6比例积分器(PI6)的控制参数：1<k_p4<100、0.1<k_i4<10、1<k_p5<100、0.1<k_i5<10、1<k_p6<100、0.1<k_i6<10、1<k_p7<100、0.1<k_i7<10，测量输入侧交流电压u_s、交流电流i_s，并由此得到输入侧交流电压幅值U_S1、输入侧交流电流幅值I_d1、I_q1以及输入侧交流电压与交流电流的功角θ₂，计算有功功率P＝U_S1×I_d1,无功功率Q＝U_S1×I_q1；

②设定有功功率给定值P_ref，将P_ref和计算得到的P之差进行第4比例积分器(PI4)控制，按下列公式计算中间控制量u_d20：

u_d20＝k_p4*(P_ref-P)+k_i4*∫(P_ref-P)dt

③根据第4比例积分器(PI4)输出的中间控制量u_d20，结合测量得到的输入侧交流电压U_S1与电流I_d1，经过下述公式，得到逆变单元控制量u_d2：

u_d2＝k_p5*(u_d20-I_d1)+k_i5*∫(u_d20-I_d1)dt+U_S1

④设定无功功率给定值Q_ref，将Q_ref和计算得到的无功功率Q之差经第6比例积分器(PI6)控制，按下列公式计算得到中间控制量u_q20：

u_q20＝k_p6*(Q_ref-Q)+k_i6*∫(Q_ref-Q)dt

⑤根据第6比例积分器(PI6)的输出值，结合测量得到的输入侧交流电流I_q1，经过第7比例积分控制(PI7)，按下列公式计算得到逆变单元控制量u_q2：

u_q2＝k_p7*(u_q20-I_q1)+k_i7*∫(u_q20-I_q1)dt

⑥根据所述的控制量u_d2、u_q2，经过dq-abc派克反变换后，得到三相逆变单元脉宽调制PWM信号：

调节输入侧变换单元的输出电压；

步骤2，选择恒电流控制下，恒电流控制如下：给定有功电流值I_dref，上述步骤中，u_d20＝I_dref；

步骤3，选择恒电阻控制下，恒电阻控制如下：给定电阻参考值R_ref，上述步骤1中，u_d20＝U_s1/I_dref。