一种dcac变换器的双前馈控制方法
阅读说明：本技术 一种dcac变换器的双前馈控制方法 (Double feedforward control method of DCAC converter ) 是由 李珣 李明阳 刘思佳 黄勇 李晓冬 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种DCAC变换器的双前馈控制方法,涉及新能源及电力电子技术领域,采用基于电压PI和电流PI结构,同时分别在电压和电流环上叠加电压有效值前馈和瞬时电压前馈,即保留了PI简单易用、鲁棒性高的优点,同时又能快速消除正弦波稳态静差,使输出更加稳定,系统的可靠性更高。(The invention provides a double feedforward control method of a DCAC converter, which relates to the technical field of new energy and power electronics, adopts a structure based on a voltage PI and a current PI, and simultaneously superposes a voltage effective value feedforward and an instantaneous voltage feedforward on a voltage loop and a current loop respectively, thereby retaining the advantages of simple and easy use of PI and high robustness, and simultaneously quickly eliminating the steady static difference of a sine wave, so that the output is more stable and the reliability of the system is higher.)
技术领域
本发明涉及新能源及电力电子技术领域，更具体的说是涉及一种DCAC变换器的双前馈控制方法。
背景技术
能源危机和环境污染问题日益严重的当下，大力发展光伏发电等可再生清洁能源显得尤为重要。
DC-AC变换器是实现直流到交流的逆变装置，常见的DCAC变换器控制方法有PI(比例积分)、PR(谐振)、滑膜、重复控制。PI虽然算法简单，但无法精确跟踪时变正弦信号的稳态误差；PR有良好的稳态特性，但需每种谐波都设一个控制器；滑膜控制依赖于建立准确的系统模型以获得滑膜面函数和控制域；重复控制只能延迟一个周期产生控制量，动态性能较差；而且除PI外，其他几种控制方法都有结构复杂较难实现的问题。
发明内容
本发明提供一种DCAC变换器的双前馈控制方法，采用基于电压PI和电流PI结构，同时分别在电压和电流环上叠加电压有效值前馈和瞬时电压前馈，即保留了PI简单易用、鲁棒性高的优点，同时又能快速消除正弦波稳态静差，使输出更加稳定，系统的可靠性更高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种DCAC变换器的双前馈控制方法，包括以下步骤：
步骤1：系统初始化及阈值参数设置；
步骤2：通过信号采集模块获得输入直流母线电压Vbus_fbk，负载电流iac_fbk、负载电压uac_fbk；
步骤3：判断母线电压是否达到交流输出阈值VBUS_AC_ON，若未到达则不使能全桥的PWM输出；若达到则使能全桥的驱动输出，进入系统软启动阶段；
步骤4：计算交流电流环“PI_iac”模块的参考值iac_ref，完成第一个叠加在电压环参考端的前馈控制；
步骤5：获得电流环输出信号iac_duty；
步骤6：获得逆变全桥功率管的PWM控制信号duty，完成第二个叠加在电流环输出端的前馈控制；
步骤7：通过定时监测单元实现对Vbus_fbk、uac_fbk、iac_fbk的实时监测，与预设的对应阈值VBUS_MIN、VBUS_MAX、UAC_RMS_MAX、IAC_MAX做比较，判断是否报警或关闭驱动输出，以达到系统欠压、过压、过流保护目的。
所述步骤3中，在启动阶段，通过计时分段的方法，将“PI_uac”模块的参考值uac_ref设置为标准正弦产生模块“Sine_Gen”的输出与K倍固定值UAC_REF的乘积。
所述步骤3中，软启动结束后，uac_ref改为设置成标准正弦产生模块“Sine_Gen”的输出与固定输出电压对应的参考值UAC_REF的乘积，使得PWM输出驱动的占空比逐渐增加，K的取值范围为[0.5,0.9]，在软启动期间K由0逐渐增大到其设定值。
所述步骤4中，计算交流电流环“PI_iac”模块的参考值iac_ref，完成第一个叠加在电压环参考端的前馈控制，具体为：
将uac_fbk经正弦波分析模块“Sine_An”计算，获得当前输出电压的有效值uac_rms，将其与uac_ref相加后再乘以标准正弦产生模块“Sine_Gen”，将输出连接至“PI_uac”模块的参考值输入端，经比例积分计算，并经饱和限幅处理后，得到交流电流环“PI_iac”模块的参考值iac_ref。
所述步骤5中，获得电流环输出信号iac_duty，具体为：将iac_ref送入“PI_iac”模块的参考值输入端，将iac_fbk送入反馈输入端，经比例积分计算，并经过饱和限幅处理后，获得电流环输出信号iac_duty。
所述步骤6中，获得逆变全桥功率管的PWM控制信号duty，完成第二个叠加在电流环输出端的前馈控制，具体为：将iac_duty与uac_fbk相加，然后除以Vbus_fbk，获得逆变全桥功率管的PWM控制信号duty，完成第二个叠加在电流环输出端的前馈控制，从而实现交流稳定输出的工作状态，直到接收到停止或故障中断命令为止。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
采用基于电压PI和电流PI结构，同时分别在电压和电流环上叠加电压有效值前馈和瞬时电压前馈，即保留了PI简单易用、鲁棒性高的优点，同时又能快速消除正弦波稳态静差，使输出更加稳定，系统的可靠性更高。
附图说明
附图1为本发明的控制框图；
附图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1:
如图1和2所示，针对某款3KW的DCAC变换器，额定输出为220V、50HZ正弦波，主控芯片采用某品牌32bit微控器，双前馈控制方法和步骤如下：
(1)系统初始化及阈值参数设置VBUS_MIN＝180V、UAC_REF＝220V、VBUS_MAX＝400V、UAC_RMS_MAX＝235V、IAC_MAX＝15A、K＝0.5；
(2)通过信号采集模块获得输入直流母线电压Vbus_fbk，负载电流iac_fbk、负载电压uac_fbk。
(3)判断母线电压是否达到交流输出阈值VBUS_MIN，若未到达则不使能全桥的PWM输出；若达到则使能全桥的驱动输出，进入系统软启动阶段。
(4)将uac_fbk经正弦波分析模块“Sine_An”计算，获得当前输出电压的有效值uac_rms，将其与uac_ref相加后再乘以标准正弦产生模块“Sine_Gen”，将输出连接至“PI_uac”模块的参考值输入端，经比例积分计算，并经饱和限幅处理后，得到交流电流环“PI_iac”模块的参考值iac_ref，完成第一个叠加在电压环参考端的前馈控制。
(5)将iac_ref送入“PI_iac”模块的参考值输入端，将iac_fbk送入反馈输入端，经比例积分计算，并经过饱和限幅处理后，获得电流环输出信号iac_duty。
(6)将iac_duty与uac_fbk相加，然后除以Vbus_fbk，获得逆变全桥功率管的PWM控制信号duty，完成第二个叠加在电流环输出端的前馈控制，从而实现交流稳定输出的工作状态，直到接收到停止或故障中断命令为止。
(7)通过定时监测单元实现对Vbus_fbk、uac_fbk、iac_fbk的实时监测，与预设的对应阈值做比较，判断是否报警或关闭驱动输出，以达到系统欠压、过压、过流保护目的。
在系统启动阶段，通过计时分段的方法，将“PI_uac”模块的参考值uac_ref设置为标准正弦产生模块“Sine_Gen”的输出与0.5倍额定电压标幺值的乘积；软启动结束后，uac_ref改为设置成标准正弦产生模块“Sine_Gen”的输出与固定输出电压对应的参考值UAC_REF的乘积，使得PWM输出驱动的占空比逐渐增加，从而达到减小开关管导通瞬间大电流冲击的目的。K的取值范围为[0.5,0.9]，在软启动期间K由0逐渐增大到其设定值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
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