[发明专利]一种三相电流源型电源与负载一体化控制系统

权利要求书

1.一种三相电流源型电源与负载一体化控制系统，其特征在于：包括电流源型三相桥、驱动电路、电压与电流检测单元、A/D转换单元和主控单元；所述电压与电流检测单元为两个交流电压传感器和一个直流电流传感器，采集电流源型三相桥中交流母线的两相电压信号及直流母线的电流信号；所述A/D转换单元采用LTC1403串行模数转换器，将电压、电流模拟信号转换成数字信号，串行输送至主控单元；所述主控单元采用DSP芯片TMS320F28335，根据采集到的电压、电流信号及控制要求产生PWM波，通过驱动电路进行功率放大，然后用以控制开关管通断；

所述主控单元将所述电流源型三相桥等效为buck/boost电路，进行电流闭环控制；

所述主控单元采用由等价电压矢量来控制直流电感L电流瞬时值的方法来代替传统电流矢量方法，通过电压矢量产生PWM波，对开关管进行控制；

采用由等价电压矢量来控制直流电感L电流瞬时值的占空比计算方法来代替电流矢量方法；

a)系统工作在整流模式时：

当系统为整流模式时，由拓扑结构以及整流模式的工作原理可知，AC/DC电流型变换器、直流电感L_dc、负载构成了基本的buck电路，此时能量由电网侧向直流侧传输，交流电压根据三相电流型变换器开关管的PWM动作矢量合成与直流电源V_s等效，负载侧与直流电容等价，S与三相电流型变换器的6个有效开关矢量状态形成等价关系，D一部分作为与三相电流型变换器的6个开关形成三个零状态等价关系，也能够看作为主电路续流通路形成的等价关系，对直流电感电流i_L进行控制由输出电压V_dc以及电流i_L的控制来实现；

根据Buck电路，开关开通时：

式中：Vs为等效电压

T_ON＝T_S-T_OFF (3)

开关关断时：

由公式(1)(3)(4)能够得

式中：m为占空比；T_s为开关周期；

若i₃作为电流给定数值i^*,则占空比为：

利用PI控制器时，能够得空间矢量控制的占空比为：

而空间矢量控制的极角计算公式为：

wt^*＝wt (8)

式中：wt^*为交流电流控制的角度指令值；wt为电压空间矢量角度值；

而在忽略输入电阻和变流器损耗的情况下，由于为了实现单位功率因数，在电流型空间矢量变换中总是将q轴的电流控制为零，那么由功率平衡能够得到：

式中：v_sd为d轴的电压瞬态量，稳态时为三相电源电压的峰值；i_sd为d轴的电流瞬态量，稳态为合成的旋转电流的峰值；

由此当系统在电流模式时，以电压量为计算的方式来实现电流矢量控制，也即三相电流型变换器能够根据上述的方法实现空间矢量控制；

b)系统工作在逆变模式时：

当系统为逆变模式时，AC/DC电流型变换器、直流电感L_dc、负载构成了基本的boost电路，此时能量由直流侧向电网侧回馈，根据boost电路，能够得电感L_dc的电流波形与开关S状态关系；

开关开通时：

开关关断时：

由公式(11)(12)能够得：

式中：m为占空比；T_s为开关周期；

由于输出端的电流传感器是固定的，则电流指令与通过传感器得到的反馈数值(13)相反，所以经过方向符号处理后，得到电流型空间矢量的占空比公式：

同电源模式相同，系统在负载模式下通过PI控制器得到空间矢量控制的占空比计算公式为：

而空间矢量控制的极角计算公式为：

wt^*＝wt+π (16)

式中：wt^*为交流电流控制的角度指令值；wt为电压空间矢量角度值；

电源模式与负载模式选取由下式来确定：