[发明专利]一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源

说明书

本发明公开了一种基于能量平衡控制的DC‑AC逆变电源，属于电气控制领域。本发明包括主电路及其控制电路，在主电路中，U1为外部直流电源，K1、K3、K5表示位于上半桥臂的三个开关管，K2、K4、K6表示位于下半桥臂的三个开关管，L为三相滤波电感，C为滤波电容，R为外接三相对称负载。控制电路包含有输入功率检测单元W1、储存能量检测单元W2、负载输出能量预测单元N0、储能元件能量预测单元N1、负载辨识单元F1、积分电路J1、减法电路J2、减法电路J3、除法电路C1、乘法电路C2、比较电路B1、与逻辑电路A1、A2、A3和PWM脉冲调制电路M1，开关管驱动电路D1。本发明通过对逆变电路中各部分能量的计算，最终以能量平衡为判据实现逆变控制。

技术领域

本发明涉及DC-AC逆变控制技术，特别涉及到一种以PWM信号为控制周期的DC-AC逆变控制技术，属于电气控制领域。

背景技术

PID控制器(Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器)，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。

在现有的DC-AC逆变控制技术中，大多控制策略都需要借助于PID控制器加以实现，PID控制器使用范围广泛。其优点在于使用可靠性高、鲁棒性能好，且容易实现。但是PID控制器对于系统的动态性能调节过多地依赖于参数的整定，如果参数整定不理想，其输出电压往往会出现大幅度的超调和振荡，甚至会超过其安全运行极限，对系统造成损坏。然而对PID参数的整定会浪费大量的时间，并且整定后的实际控制效果也往往差强人意。

发明内容

本发明提供了一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源，目的在于针对现有PID控制器动态性能方面的不足，在保障逆变电路稳定运行的前提下，可在动态响应时间、超调、振荡等方面大幅度优化电路性能，并且无需调节控制参数。

本发明的技术方案如下：

本发明以三相三桥臂逆变电路为基础，具体如下：

本发明所提出的一种基于能量平衡控制的DC-AC逆变电源包括主电路及其控制电路，结构框图如图1所示。在主电路中，U1为外部直流电源，K1、K3、K5分别表示逆变电路中位于上半桥臂的三个开关管，K2、K4、K6分别表示位于下半桥臂的三个开关管，L、C分别表示三相滤波电感和滤波电容(三相对称)，R为逆变电源的外接三相对称负载。

控制电路包含有输入功率检测单元W1、储能元件(此处和后续的储能元件均特指三相滤波电感和滤波电容)储存能量检测单元W2、负载输出能量预测单元N0、储能元件能量预测单元N1、负载辨识单元F1、积分电路J1、减法电路J2、减法电路J3、除法电路C1、乘法电路C2、比较电路B1、与逻辑电路A1、与逻辑电路A2、与逻辑电路A3、PWM脉冲调制电路M1，开关管驱动电路D1。

本发明的主电路及其控制电路的连接关系为：开关管K1、K2、K3、K4、K5、K6连接成标准的三相三桥臂逆变电路；滤波外部直流电源U1与三相三桥臂逆变电路的直流侧连接；三相滤波电感L和滤波电容C连接成标准的LC滤波电路，并与三相三桥臂逆变电路的交流侧连接；

输入功率检测单元W1与三相三桥臂逆变电路的连接方式，具体的连接方式应能确保其对三相三桥臂逆变电路的直流侧输入能量进行检测，其输出端与积分电路J1的对应输入端连接；