一种基于飞机静变电源的并网拓扑结构及其并网控制方法

技术领域

本发明属于飞机静变电源的技术领域，具体而言，涉及一种基于飞机静变电源的并网拓扑结构及其并网控制方法。

背景技术

飞机静变电源是将50Hz市电变换成所需的频率、电压，用于飞机和机载设备的启动、通电检查而设计的，是机场必需的地勤保障设备。

而在涉及到市电的并网过程中，在市电并网时，其往往会产生较大的电流冲击，若瞬时冲击电流过大，对飞机静变电源的运动可靠性影响较大，甚至在极端情况下会损坏飞机静变电源的内部器件。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于飞机静变电源的并网拓扑结构及其并网控制方法以达到飞机静变电源在使用过程中减小并网时所带来的电流冲击的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种基于飞机静变电源的并网拓扑结构，该并网拓扑结构包括：

三相逆变桥，所述三相逆变桥中三相桥臂的交流端通过滤波电路连接至三相交流电，且三相逆变桥中三相桥臂的直流端均并联连接同一直流母线电容；

三相整流桥，所述三相整流桥中三相桥臂的交流端分别连接至三相交流电，且三相整流桥中三相桥臂的直流端并联连接至直流母线电容；

其中，三相整流桥中三相桥臂的直流端与直流母线电容之间串接连接有电阻R1。

进一步地，所述三相逆变桥通过PWM调制信号进行调制。

进一步地，所述滤波电路包括：

三个滤波电感，各所述滤波电感的一端分别串接连接至三相逆变桥中三相桥臂的交流端，且各所述滤波电感的另一端连接有中间电路，中间电路通过输入接触器连接至三相交流电；

三个滤波电容，各所述滤波电容分别并联连接至任意两中间电路之间，且相邻两中间电路之间并联连接有电阻R2。

进一步地，所述电阻R1的电阻值设为1k～9k欧姆。

进一步地，所述电阻R2的电阻值设为1M～9M欧姆。

进一步地，所述三相逆变桥包括多个IGBT晶体管；所述三相整流桥包括多个电力二极管。

在本发明中还公开了一种基于飞机静变电源的并网控制方法，该并网控制方法应用于上述所述的基于飞机静变电源的并网拓扑结构，该并网控制方法包括：

S1：通过三相整流桥对直流母线电容进行预充电；

S2：通过PWM调制信号对三相逆变桥进行调制，通过三相逆变桥对各个滤波电容进行充电；

S3：闭合各个输入接触器，以完成并网过程。

进一步地，所述PWM调制信号的控制算法如下：

S201：定义给定电流的D轴分量和Q轴分量分别为Id_Ref和Iq_Ref；计算公式为：Id_Ref＝0；Iq_Ref＝2*pi*f*C*V

其中，V

S202：定义三相逆变桥的三相桥臂采样电流为Io，对于Io通过DQ变换变成在D轴和Q轴上直流分量Id和Iq，计算公式如下：

Id＝α·cosθ+β·sinθ；Iq＝β·cosθ-α·sinθ；

其中，θ为三相交流电的电网锁相角度；

S203：将给定电流在D轴和Q轴上的分量Id_Ref和Iq_Ref与反馈电流在D轴和Q轴上分量Id和Iq作差，并由PI调节器调节至误差为0；

S204：将PI调节器的输出结果经过DQ反变换，获得交流分量V

V

S205：将V

α1＝V

S206：对步骤S205所计算的结果通过3/2反变换后，分别得到Va、Vb和Vc，如下：

V

并以Va、Vb和Vc作为PWM调制信号进行调制。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的基于飞机静变电源的并网拓扑结构，其相较于传统的并网拓扑，取消了预充电接触器，而是采用三相整流桥对直流母线电容进行预充电，而由于三相整流桥的体积较小且存在明显的价格优势，进而大大减小了设备的整体布局难度，有效减小设备的总体体积。

2.采用本发明所提供的基于飞机静变电源的并网控制方法，其采用三相整流桥对直流母线电容进行充电，同时，通过PMW调制法对滤波电容进行预充电，整个控制过程中，相较于传统的方法，无需反复操作三相预充电接触器，整个操作更加简单，且相较于传统方法也更加可靠。

附图说明

图1是应用于飞机静变电源并网拓扑的传统结构；

图2是本发明所提供的基于飞机静变电源的并网拓扑结构；

图3是本发明所提供的基于飞机静变电源的并网控制方法的控制流程示意图；

附图标记说明如下：

直流母线电容-C，充电电阻-Rc，预充电接触器-Kc，滤波电感-L，滤波电容-C1，输入接触器-K。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

如图1所示，其公开传统的并网拓扑结构，其包括三相逆变桥、三相交流电以及连通于三相逆变桥与三相交流电之间的滤波电路，滤波电路是由滤波电感、滤波电容、充电电阻、输入接触器以及串接于充电电阻上的预充电接触器所构成的，基于该传统的并网拓扑结构，在设备正常运行中，必须断开预充电接触器，若断开不及时，极易造成充电电阻的烧毁，甚至造成其它更恶劣情况。另一方面，采用该传统的并网拓扑结构，其采用的预充电接触器对功率有特殊要求，通常体积较大且价格昂贵，导致整个并网拓扑结构的成本也较高。

在上述的传统并网拓扑结构，其缺点明显，因此，在本实施例中，如图2所示，具体提供了一种基于飞机静变电源的并网拓扑结构，该并网拓扑结构包括：三相逆变桥和三相整流桥部分，如下：

三相逆变桥中三相桥臂的交流端(通常将其称为交流输出端)通过滤波电路连接至三相交流电，此处的三相交流电为380V/50Hz的交流电，且三相逆变桥中三相桥臂的直流端均并联连接同一直流母线电容，对于该接线法在传统的并网拓扑结构中已采用，此处不再赘述。其中，三相逆变桥是由IGBT晶体管组成，其主要是将直流电逆变成交流电。

三相整流桥中三相桥臂的交流端分别连接至三相交流电，且三相整流桥中三相桥臂的直流端并联连接至直流母线电容；其中，三相整流桥中三相桥臂的直流端与直流母线电容之间串接连接有电阻R1，电阻R1的电阻值设为1k～9k欧姆。其中，三相整流桥是由电力二极管组成，其主要作用是将交流整流成直流电，且三相整流桥的接线方法与三相逆变桥的接线方法相同，两者仅在于功能作用不同。

相较于传统的并网拓扑结构，因将其三相预充电接触器取消后，改用三相整流桥对直流母线电容进行充电，三相逆变桥通过PWM调制信号进行调制，进而对滤波电容进行充电，无需反复操作三相充电接触器，整个操作过程更加简单。

为配合将传统并网拓扑结构的三个预充电接触器取消，对滤波电路的改进如下，其包括：三个滤波电感和三个滤波电容，各所述滤波电感的一端分别串接连接至三相逆变桥中三相桥臂的交流端，且各所述滤波电感的另一端连接有中间电路(此处的中间电路是指连接于滤波电感与输入接触器之间的电路导线)，中间电路通过输入接触器连接至三相交流电；

各所述滤波电容分别并联连接至任意两个中间电路之间，且相邻两中间电路之间并联连接有电阻R2，优选的，电阻R2的电阻值设为1M～9M欧姆，通过滤波电感和滤波电容组成各相的LC滤波电路。

本实施例的并网拓扑结构相比传统的并网拓扑结构少了3个预充电接触器，又由于预充电接触器因对功率有特殊要求，通常体积较大且价格昂贵，因此。采用本实施例的并网拓扑结构，其使用三相整流桥对直流母线电容进行充电，相比三相预充电接触器，三相整流桥的体积小且价格优势明显，进而大大减小了设备整体布局难度，有效减小设备总体体积。

同时，采用传统的并网拓扑结构，其采用预充电电阻限流充电法，其关键在于：在设备正常运行中必须断开预充电接触器，若断开不及时，极易造成电阻烧毁，甚至造成其它更恶劣情况，然而，采用本实施例的并网拓扑结构通过采用三相整流桥法进行充电，正常运行中无需其它操作，在运行时，其可靠性明显优于传统的并网拓扑。

实施例2

基于实施例1中所述的基于飞机静变电源的并网拓扑结构，在本实施例中还公开了一种基于飞机静变电源的并网控制方法，该并网控制方法应用于实施例1中经优化改进后的并网拓扑结构，如图3所示，该并网控制方法包括：

S1：通过三相整流桥对直流母线电容进行预充电；

S2：通过PWM调制信号对三相逆变桥进行调制，通过三相逆变桥对各个滤波电容进行充电；PWM调制技术也称为脉冲宽度调制，其是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。

PWM调制信号的控制算法如下：

S201：定义给定电流的D轴分量和Q轴分量分别为Id_Ref和Iq_Ref；计算公式为：Id_Ref＝0；Iq_Ref＝2*pi*f*C*V

其中，V

S202：定义三相逆变桥的三相桥臂采样电流为Io，对于Io通过DQ变换变成在D轴和Q轴上直流分量Id和Iq，计算公式“abc/dq”如下：

Id＝α·cosθ+β·sinθ；Iq＝β·cosθ-α·sinθ；

其中，θ为三相交流电的电网锁相角度；

S203：将给定电流在D轴和Q轴上的分量Id_Ref和Iq_Ref与反馈电流在D轴和Q轴上分量Id和Iq作差，并由PI调节器调节至误差为0；

S204：将PI调节器的输出结果经过DQ反变换(经PI调节以后就转变为电压调制信号)，计算公式为“dq/αβ”，获得交流分量V

V

其中，PI调节是一种线性控制，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

S205：将V

α1＝V

S206：对步骤S205所计算的结果通过3/2反变换后，计算公式为“αβ/abc”，分别得到Va、Vb和Vc，如下：

V

并以Va、Vb和Vc作为PWM调制信号进行调制，进而为滤波电容C1充电。

S3：闭合各个输入接触器，以完成市电的并网过程，在并网过程中能够减小瞬时冲击电流大小，以对飞机静变电源的内部器件作良好的保护。

在上述的并网控制策略中，通过PWM调制信号对三相逆变桥进行调制，以对滤波电容进行充电，同时，通过三相整流桥对直流母线电容进行充电，相对于传统的控制策略，其无需反复操作三相充电接触器，整个操作过程简单、高效。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。