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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510020967.0(22)申请日 2015.01.15H02M 5/458(2006.01)H02M 7/5387(2007.01)(71)申请人 山东省科学院自动化研究所地址 250014 山东省济南市历下区科院路19 号(72)发明人 周广旭 王平来(74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限公司 37221代理人 张勇(54) 发明名称一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置及方法(57) 摘要本发明公开了一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置及方法，包括发动机、永磁发电机、整流变化模块、LC 滤波电路和控制器，发动机连接。
2、永磁发电机，产生交流电，永磁发电机连接整流变化模块，控制器设有 PWM 输出模块、A/D 转换模块，所述 PWM 输出模块通过驱动电路连接功率变换电路，通过控制其开通和关断得到恒频恒压的输出电压，该电压经过LC滤波电路后给负载供电，A/D 转换模块连接有交流电源频率检测和直流母线电压检测电路分别检测发电机的交流电源电压状态、滤波电路滤波后的直流母线电压状态。本发明能够明显抑制输出电压脉动，提高逆变装置的瞬态性能。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图4页(10)申请公布号 CN 104506049 A(43)申请公布日 2。
3、015.04.08CN 104506049 A1/2 页21.一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，其特征是 ：包括发动机、永磁发电机、整流变化模块、LC 滤波电路和控制器，其中 ：发动机连接永磁发电机，产生交流电，永磁发电机连接整流变化模块，整流变化模块通过 LC 滤波电路连接负载，控制器驱动整流变化模块和 LC 滤波电路 ；所述整流变化模块，包括整流模块、滤波电路和功率变换电路，整流模块将交流电转换为直流电后，滤波电路对其进行滤波，滤波电路连接功率变换电路 ；所述控制器设有 PWM 输出模块、A/D 转换模块，所述 PWM 输出模块通过驱动电路连接功率变换电路，得到恒频恒压的输出电压，该。
4、电压经过 LC 滤波电路后给负载供电，A/D 转换模块接收发电机的交流电源电压状态、滤波电路滤波后的直流母线电压状态。2.如权利要求 1 所述的一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，其特征是 ：所述A/D 转换模块通过隔离放大电路连接电流互感器，电流互感器连接 LC 滤波电路后端。3.如权利要求 1 所述的一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，其特征是 ：所述A/D 转换模块通过隔离放大电路连接电压互感器，电压互感器连接负载输入端。4.如权利要求 1 所述的一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，其特征是 ：所述滤波电路连接有 DC/DC 变换器，DC/DC 变换器连接驱动电路。5.如权利。
5、要求 1 所述的一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，其特征是 ：所述控制器设有功率驱动保护中断模块，接收过热保护信号、过流保护信号和过压保护信号。6.如权利要求 5 所述的一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，其特征是 ：所述控制器为嵌入式控制器或数字信号处理器、电子控制器。7.基于如权利要求 1-6 任一项所述的系统的控制方法，其特征是 ：包括以下步骤 ：(1) 将外部采样电路获得输入侧发电机的交流电源频率和自身输出侧的电压有效值转换为对应的数字量输入控制器 ；(2) 控制器根据设定速度参考值与实际速度采样值通过数学运算构成转速误差和电压误差，定义转速误差的隶属度函数和转速误差变化率隶。
6、属度函数，构建模糊逻辑规则表 ；(3) 根据预制的模糊逻辑规则表的方式来实时改变产生正弦脉宽调制的调制深度来降低输出电压的瞬态波动。8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是 ：所述步骤(2)中，对于转速误差ES的模糊集及其论域定义如下 ：ES的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；ES的论域为 :-150,-100,-80,-60，-40，-20，0,20,40,60,80,100,150 ；根据转速误差 ES的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到转速误差 ES的隶属度 ；所述步骤 (2) 中，对于转速误差变化率 ECS的模糊集。
7、及其论域定义如下 ：ECS的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；ECS的论域为 :-150,-90,-70,-50，-30，-10，0,10,30,50,70,90,150 ；根据转速误差变化率 ECS的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到转速误差变化率 ECS的隶属度。9.如权利要求7所述的控制方法，其特征是 ：所述步骤(2)中，对于调制深度系数KM的模糊集及其论域定义如下 ：权 利 要 求 书CN 104506049 A2/2 页3KM的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；KM的论域为 :0.1,0.2。
8、,0.3,0.4，0.6，0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.5 ；根据调制深度系数 KM的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到调制深度 KM的隶属度。10.如权利要求 7 所述的控制方法，其特征是 ：所述步骤 (2) 中，对转速误差 ES、转速误差变化率 ECS、调制深度系数 KM的模糊集、论域及隶属度的定义根据经验进行调整 ；根据设定，通过实际的调试经验确定调制深度系数 KM的控制规则表 ；所述步骤 (2) 中，KM的控制规则表为 ：权 利 要 求 书CN 104506049 A1/5 页4一种抑制逆变电源输出电压瞬态。
9、波动的装置及方法技术领域0001 本发明涉及一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置及方法。背景技术0002 在一些应急供电场合，移动式发电系统得到广泛的应用。该系统一般采用燃气或燃油发动机驱动交流发电机输出交流电源，然后通过整流逆变装置来输出恒频恒压的交流电源。在实际应用过程中由于输出侧负载的突然变化会引起输出电压的瞬态波动。如果瞬态波动太大，轻则影响后续用电装置的稳定性，重则损坏用电设备。发明内容0003 本发明为了解决上述问题，提出了一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置及方法，该方法通过检测输入侧交流电压频率变化，通过模糊逻辑规则实时控制 SPWM 的调制深度来抑制输出电压波动，具有计算。
10、方法简单，使用方便，系统动态响应速度快的优点。0004 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案 ：0005 一种抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置，包括发动机、永磁发电机、整流变化模块、LC 滤波电路和控制器，其中 ：0006 发动机连接永磁发电机，产生交流电，永磁发电机连接整流变化模块，整流变化模块通过 LC 滤波电路连接负载，控制器驱动整流变化模块和 LC 滤波电路 ；0007 所述整流变化模块，包括整流模块、滤波电路和功率变换电路，整流模块将交流电转换为直流电后，滤波电路对其进行滤波，滤波电路连接功率变换电路 ；0008 所述控制器设有 PWM 输出模块、A/D 转换模块，所述 PWM。
11、 输出模块通过驱动电路连接功率变换电路，得到恒频恒压的输出电压，该电压经过 LC 滤波电路后给负载供电，A/D 转换模块接收发电机的交流电源电压状态、滤波电路滤波后的直流母线电压状态。0009 所述A/D转换模块通过隔离放大电路连接电流互感器，电流互感器连接LC滤波电路后端。0010 所述 A/D 转换模块通过隔离放大电路连接电压互感器，电压互感器连接负载输入端。0011 所述滤波电路连接有 DC/DC 变换器，DC/DC 变换器连接驱动电路。0012 所述控制器设有功率驱动保护中断模块，接收过热保护信号、过流保护信号和过压保护信号。0013 所述控制器为嵌入式控制器或数字信号处理器 (DSP。
12、)、电子控制器 (ECU)。0014 基于上述系统的控制方法，包括以下步骤 ：0015 (1) 将外部采样电路获得输入侧发电机的交流电源频率和自身输出侧的电压有效值转换为对应的数字量输入控制器 ；0016 (2) 控制器根据设定速度参考值与实际速度采样值通过数学运算构成转速误差和电压误差，定义转速误差的隶属度函数和转速误差变化率隶属度函数，构建模糊逻辑规则说 明 书CN 104506049 A2/5 页5表；0017 (3) 根据预制的模糊逻辑规则表的方式来实时改变产生正弦脉宽调制的调制深度来降低输出电压的瞬态波动。0018 所述步骤 (2) 中，对于转速误差 ES的模糊集及其论域定义如下 ：。
13、0019 ES的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；0020 ES的论域为 :-150,-100,-80,-60，-40，-20，0,20,40,60,80,100,150 ；0021 根据转速误差 ES的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到转速误差 ES的隶属度。0022 所述步骤 (2) 中，对于转速误差变化率 ECS的模糊集及其论域定义如下 ：0023 ECS的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；0024 ECS的论域为 :-150,-90,-70,-50，-30，-10，0,10,30,50,70,。
14、90,150 ；0025 根据转速误差变化率 ECS的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到转速误差变化率 ECS的隶属度。0026 所述步骤 (2) 中，对于调制深度系数 KM的模糊集及其论域定义如下 ：0027 KM的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；0028 KM的论域为 :0.1,0.2,0.3,0.4，0.6，0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.5 ；0029 根据调制深度系数 KM的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到调制深度 KM的隶属度。0。
15、030 所述步骤 (2) 中，对转速误差 ES、转速误差变化率 ECS、调制深度系数 KM的模糊集、论域及隶属度的定义根据经验进行调整 ；根据设定，通过实际的调试经验确定调制深度系数KM的控制规则表。0031 所述步骤 (2) 中，KM的控制规则表为 ：0032 0033 。0034 本发明的有益效果为 ：0035 (1) 方法简单，使用方便，系统动态响应速度快 ；说 明 书CN 104506049 A3/5 页60036 (2) 能够明显抑制输出电压脉动，提高逆变装置的瞬态性能。附图说明0037 图 1 为应急供电系统用逆变装置的示意图 ；0038 图 2 为负载突然变化时转速、直流母线和输。
16、出电压有效值变化示意图 ；0039 图 3 为不同调制深度时输出电压波形比较图 ；0040 图4为ES隶属度函数 图；0041 图5为ECS隶属度函数 图；0042 图6为KM的隶属度函数 图。0043 其中，1. 柴油或汽油发动机、2. 永磁发电机、3. 整流模块、4. 滤波电路、5. 功率变换电路、6.LC 滤波电路、7. 负载、8. 嵌入式控制器。具体实施方式 ：0044 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。0045 如图 1 所示 ：应急供电系统用逆变装置的示意图，该逆变装置主要包括柴油或汽油发动机 1、永磁发电机 2、整流模块 3、滤波电路 4、功率变换电路 5、LC 滤波电路。
17、 6、负载 7、嵌入式控制器 8、输入侧交流电源检测电路、直流母线电压检测、驱动电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路等部分。0046 逆变装置的工作原理如下 ：柴油或汽油发电机与永磁发电机产生的交流电源经过逆变装置中的整理和滤波电路形成直流电压，嵌入式控制器硬件和软件程序形成 SPWM 控制信号通过驱动电路控制功率变换电路的开通和关断得到恒频恒压的输出电压，该电压经过LC滤波电路后给负载供电。直流母线电压检测结合控制器对交流电压状态进行判断。输入侧交流电源检测电路为本方法转速信号的检测电路。输出电压、电流检测电路实现对输出状态的检测。0047 图 2 为负载突然变化时转速、直流母线和输出电。
18、压有效值变化示意图。如图 1 所示，负载 7 突然增加部分为测试的输出负载由空载突变到 100额定负载情况时发电机转速、直流母线电压突然降低和输出电压有效值波动情况。负载 7 突然减小部分为测试的输出负载由 100额定负载突变到空载时发电机转速、直流母线电压突然增加和输出电压有效值波动情况。0048 图 3 为不同调制深度时输出电压波形比较。示意图中上图为 SPWM 调制深度为 M1时的 SPWM 波形及等效的正弦波，下图为 SPWM 调制深度为 M2时的 SPWM 波形及等效的正弦波，这时 M1M2。从图示中可见调节调制深度的大小可以调节输出正弦波的数值。0049 图 4 为转速误差 ES的。
19、隶属度函数 对于转速误差 ES的模糊集及其论域定义如下：0050 ES的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；0051 ES的论域为 :-150,-100,-80,-60，-40，-20，0,20,40,60,80,100,150 ；0052 根据转速误差 ES的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到图 4 中转速误差 ES的隶属度。说 明 书CN 104506049 A4/5 页70053 图 5 为转速误差变化率 ECS隶属度函数 对于转速误差变化率 ECS的模糊集及其论域定义如下 ：0054 ECS的模糊集为 :NB,NM,。
20、NS,ZO,PS,PM,PB ；0055 ECS的论域为 :-150,-90,-70,-50，-30，-10，0,10,30,50,70,90,150 ；0056 根据转速误差变化率 ECS的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到图 5 中转速误差变化率 ECS的隶属度。0057 图 6 为调制深度系数 KM的隶属度函数 对于调制深度系数 KM的模糊集及其论域定义如下 ：0058 KM的模糊集为 :NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ；0059 KM的论域为 :0.1,0.2,0.3,0.4，0.6，0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1。
21、.8,2.0,2.5 ；0060 根据调制深度系数 KM的模糊集及其论域确定模糊变量的隶属度函数，来确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度，得到图 6 中调制深度 KM的隶属度。0061 上述对转速误差 ES、转速误差变化率 ECS、调制深度系数 KM的模糊集、论域及隶属度的定义都不是最优值，实际应用时可以根据经验进行调整。根据上述的设定，通过实际的调试经验确定调制深度系数 KM的控制规则表，如表 1 所示，控制规则表里面的内容也可以根据不同的应用场合来调整。0062 表 1 调制深度系数 KM控制规则表0063 0064 。0065 根据表 1，调制深度系数 KM取值举例如下 ：0066 1)。
22、 如果转速误差 ES 150，则 ES PB ；转速误差变化率 ECS 150，则 ECS PB ；查表得 KM NB，调制深度系数 KM取 0.1。0067 2)如果转速误差ES-150，则ESNB ；转速误差变化率ECS-150，则ECSNB ；查表得 KM PB，调制深度系数 KM取 2.5。0068 通过实际应用证明发明中抑制逆变电源输出电压瞬态波动的装置及方法能够明说 明 书CN 104506049 A5/5 页8显抑制输出电压脉动，提高逆变装置的瞬态性能。0069 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。说 明 书CN 104506049 A1/4 页9图1说 明 书 附 图CN 104506049 A2/4 页10图2说 明 书 附 图CN 104506049 A。