[发明专利]PWM逆变器的伪PID控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体来说，是PWM逆变器的伪PID控制方法。

背景技术

因技术成熟，P和PI控制方法被广泛应用于各种电力电子装置的逆变器的闭环控制，用于控制整个系统或局部的电压/电流；执行速度高、电流响应快和开关频率恒定是其突出优点，故特别适于实时跟踪控制。然而，其同类方法，即PID控制方法，却鲜被采用；关于PID控制方法在逆变器闭环控制中的成功应用，鲜能在已公开的权威发明中找到。实际上，申请人通过试验发现，D参数的引入会带来以下两个问题。

其一，PID参数的整定会变得更加复杂。PID控制方法起源于经典控制理论，经典控制理论擅长处理的是连续模拟最小相位系统。然而，脉宽调制(pulse widthmodulation，PWM)逆变器是由若干离散数字环节和纯延时环节组成的特殊系统，故不能像连续模拟最小相位系统那样直接由经典控制理论推导出PID参数的整定公式。因此，整定PID参数的实用方法就是根据实践经验反复调整的试错法。但是，考虑到每个参数以及它们的组合具有不同的功能和效果，仅调整P或PI参数有时就十分耗时，当加入D参数后工作量将大大增加；即便最终得到了一组可行的参数，其最优性也难以得到保证。或许智能控制方法可解决该问题。然而，模糊PID控制方法和专家PID控制方法过于依赖于PID参数的规则库和知识库，而PID参数的规则库和知识库同样是建立在反复试验的基础上的；虽然很多自适应方法(如鲁棒自适应PID控制方法、神经网络PID控制方法、粒子群PID控制方法、进化算法PID控制方法和遗传算法PID控制方法等)能在线地、自动地调整PID参数，但调整过程的计算量很大，微处理器的负担很重，故不适宜实时跟踪控制。

其二，系统的稳定性和可靠性可能下降。当PWM逆变器在P或PI控制方法下稳定、可靠地运行时，引入D参数有时会导致系统振荡，有时又似乎对系统的运行没有影响。显然，这对系统的稳定可靠运行是会造成隐患的；同样，智能控制方法并不能保证系统的稳定性和可靠性。

综上，对于PWM逆变器的闭环控制，舍弃D参数似乎是一个回避不必要的麻烦的好方法。然而，问题的关键不应是回避，而应是经过严谨的理论分析去明确D参数究竟能否加入。

发明内容

本发明旨在提供PWM逆变器的伪PID控制方法，在解决“背景技术”中所述问题的同时提高PWM逆变器输出电压/电流的精度。该方法被应用于图1所示的单相PWM逆变器并用于继电保护测试，以验证其有效性。该方法还可用于三相或多电平PWM逆变器，以提升这些复杂逆变器的性能。为实现所述技术目的，本发明采用的技术方案如下。

PWM逆变器的伪PID控制方法包括以下3个参数计算公式：计算公式一，用于计算P参数；计算公式二，用于计算I参数；计算公式三，用于计算伪D参数，即动态补偿因子。

进一步限定，所述3个参数计算公式如下：

式中，K_P为P参数，即比例参数；K_I为I参数，即积分参数；为伪D参数，即伪微分参数；L和C分别为LC输出滤波器的电抗值和电容值；R为负载的电阻值；r＝r_Q+r_L为回路的总附加电阻值，其中，r_Q为开关器件的等值电阻值，r_L为电抗器的绕组电阻值；为电解电容器直流电压V_dc在交流电压源的1个周期内的平均值；T_s为采样周期。

进一步限定，控制量的计算公式如下：

式中，e_i(k)和i_R(k)分别为第k个采样时刻的电流误差和输出电流，为经过修正的PWM逆变器占空比的增量形式。

进一步限定，所述PWM逆变器的伪PID控制方法被应用于一个单相PWM逆变器并用于继电保护测试。

进一步限定，所述单相PWM逆变器为一电压源型全桥逆变器，由一个交流电压源、一个整流变压器和一个不控整流桥供电。采用电源周期平均模型对其进行建模。运行中电解电容器C_d上的直流电压V_dc会随着C_d的充放电不断地波动，电源周期平均模型的核心思想就是将V_dc在交流电压源的1个周期内的平均值视为常量。

进一步限定，所述单相PWM逆变器的硬件参数如下：

交流电压源的电压设定为220V(RMS)；

整流变压器的一、二次电压设定为220/100V(RMS)；