基于SHEPWM技术的FEPS消防应急电源

本发明属于电力电子，涉及一种基于shepwm技术的消防应急电源(fireemergency power supply,feps)。

背景技术：

1、随着城市化和工业化进程的不断加速，火灾等安全事故的发生频率也越来越高，给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁。在消防救援工作中，消防设备的稳定性和可靠性是至关重要的，而电源作为消防设备的核心部件之一，其输出时间和稳定性直接影响到消防设备的运行时长和效率。因此，设计一种稳定可靠的feps消防应急电源就显得尤为重要。

2、在传统的feps系统中，采用整流器将交流电转换为直流电为feps充电，再将直流电通过逆变器转换为交流电为负载供电。在电力变换过程中主要采用正弦脉宽调制(spwm)技术，然而，这种技术会使开关器件处于高频率开关状态，不可避免的增大了开关损耗，缩短了消防应急电源的工作时间。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种基于shepwm技术的消防应急电源，该电源通过对负载电压及波形的稳定性进行实时监控实现反馈闭环控制，能够有效降低开关损耗，提升消防应急电源的工作时间。

2、为了解决上述技术问题，本发明的基于shepwm技术的消防应急电源包括直流电源、逆变器、隔离驱动模块、功率变换器、低通滤波器及控制模块，其特征在于所述的控制模块通过下述方法产生shepwm控制信号：将线性负载电压除基频外的其他整数倍载波幅值和频率固定为0并将其作为逆变电压期望信息得到傅里叶系数期望值；结合傅里叶系数期望值及最大谐波控制次数在线生成shepwm feps逆变模型(1)；

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5、其中，nmax为最大谐波控制次数；为开关角度；uab为预期的线性负载电压幅值；rv为负载电压控制系数；a1、b1为一次谐波傅里叶系数期望值；

6、对模型(2)进行在线求解，获得开关角度依据求得的开关角度产生对应宽度的控制脉冲shepwm1、shepwm2、…、shepwm(1+nmax)给隔离驱动模块；实时监测线性负载电压幅值及负载电压波形的总谐波失真并调整负载电压控制系数rv和谐波控制次数nmax，对模型(1)进行在线实时更新，使得线性负载电压幅值有效值稳定在误差允许范围内且总谐波失真低于误差给定值。

7、所述的负载电压控制系数rv的初值给定范围为0.95-1.05。

8、所述的最大谐波控制次数nmax的初值给定范围为5-15。

9、所述线性负载电压控制系数rv增大或减小调整的步幅为0.0001～0.001。

10、所述最大谐波控制次数nmax每次调整步幅为2。

11、所述线性负载电压幅值有效值设定的误差在线性负载电压预期值的3％-10％以内。

12、所述总谐波失真的误差给定值为5％。

13、本发明使用shepwm技术的feps系统，采用特定谐波消除脉宽调制技术，能够根据控制谐波次数的高低对开关频率进行调节，在满足电能质量的前提下使开关频率显著降低，有效地降低开关损耗。并在该系统中加入了反馈控制环节，以确保在直流电源电压波动时依然输出稳定的交流电压。

14、本发明的主要优点在于：

15、(1)基于shepwm技术的开关角度个数依赖于被控频域信息数量的本质特征，可以有效降低变换器功率元件开关频率以减少开关损耗，从而提高电源的转换效率和能量利用率。

16、(2)加入反馈闭环控制环节，可以对电源输出进行实时监测和控制，从而提高电源输出的精度和稳定性，避免电源输出波动和失控等问题。

17、(3)功率开关器件控制脉冲生成过程中不需要引入高频载波，可以消除具有高干扰能量的整数倍载频带谐波。

18、(4)根据需求改变谐波控制次数自由调整模型大小，减小算力压力，降低控制模块的运行损耗。

技术特征：

1.一种基于shepwm技术的消防应急电源，包括直流电源、逆变器、隔离驱动模块、功率变换器、低通滤波器及控制模块，其特征在于所述的控制模块通过下述方法产生shepwm控制信号：将线性负载电压除基频外的其他整数倍载波幅值和频率固定为0并将其作为逆变电压期望信息得到傅里叶系数期望值；结合傅里叶系数期望值及最大谐波控制次数在线生成shepwm feps逆变模型(1)；

2.根据权利要求1所述的基于shepwm技术的消防应急电源，其特征在于所述的负载电压控制系数rv的初值给定范围为0.95-1.05。

3.根据权利要求1所述的基于shepwm技术的消防应急电源，其特征在于所述的最大谐波控制次数nmax的初值给定范围为5-15。

4.根据权利要求1所述的基于shepwm技术的消防应急电源，其特征在于所述线性负载电压控制系数rv增大或减小调整的步幅为0.0001～0.001。

5.根据权利要求1所述的基于shepwm技术的消防应急电源，其特征在于所述最大谐波控制次数nmax每次调整步幅为2。

6.根据权利要求1所述的基于shepwm技术的消防应急电源，其特征在于所述线性负载电压幅值有效值设定的误差在线性负载电压预期值的3％-10％以内。

7.根据权利要求1所述的基于shepwm技术的消防应急电源，其特征在于所述总谐波失真的误差给定值为5％。

技术总结本发明涉及一种基于SHEPWM技术的消防应急电源，该电源采用特定谐波消除脉宽调制技术，能够根据控制谐波次数的高低对开关频率进行调节，在满足电能质量的前提下使开关频率显著降低，有效地降低开关损耗；同时在系统中加入了反馈控制环节，能够确保在直流电源电压波动时依然输出稳定的交流电压。技术研发人员：陈楠,庞原博,傅程昌,高丽辉,陈仁辉,姜春霞,唐溧克受保护的技术使用者：长春工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29