CN103326548A - 统一电能质量控制器的电容电压控制方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种统一电能质量控制器的电容电压控制方法，包括如下步骤：获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号。对应地本发明还提供一种统一电能质量控制器的电容电压控制***，本发明能减少各个子模块实际的电容电压值的差异，控制每个子模块输出相同的电容电压。
Description
技术领域
本发明涉及统一电能质量控制器，特别是涉及一种统一电能质量控制器的电容电压控制方法，以及一种统一电能质量控制器的电容电压控制***。
背景技术
传统的以模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）为主体结构的统一电能质量控制器（Unified Power Quality Conditioner，UPQC），其主拓扑结构是一种多电平拓扑结构，一般由六个桥臂构成，其中每个桥臂由若干个相互连接且结构相同的子模块（Sub-module，SM）与一个电抗器L串联构成，上下两个桥臂构成一个相单元。出于模块化设计和制造的目的，六个桥臂具有对称性，即各子模块的参数和各桥臂电抗值都是相同的。与以往的VSC拓扑结构显著不同的是，模块化多电平换流器在直流侧正负极之间没有直流储能电容。
此种MMC拓扑结构具有如下的技术优势：1)损耗显著降低；2)开关应力和开关次谐波减小；3)采用标准器件的模块化设计；4)能适应三相不平衡***。
稳定的直流电容电压是MMC正常工作的前提，直流电容电压的控制分为两个阶段，第一个阶段指的是电容电压的建立阶段，本阶段控制的目标是通过本的控制策略把MMC内所有直流电容依次充电至正常工作所需的电容电压参考值附近，实现MMC软启动。第二阶段指的是MMC正常工作时电容电压的控制阶段，本阶段控制的目标是通过稳压控制策略实现直流电容电压稳定在电容电压参考值附近，减小实际值与参考值之间的误差。传统的稳压控制策略是向各个子模块输入相同的正弦调制波，以保证各个子模块的直流电容电压相同；虽然各个子模块都由相同结构的器件构成，但实际上每个器件之间都可能存在微小误差，因此对每个子模块输入相同的正弦调制波，无法保证能控制每个子模块输出相同的电容电压。
发明内容
基于此，本发明提供一种统一电能质量控制器的电容电压控制方法和***，能减少各个子模块实际的电容电压值的差异，控制每个子模块输出相同的电容电压。
一种统一电能质量控制器的电容电压控制方法，包括如下步骤：
获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；
根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；
根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；
将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号。
一种统一电能质量控制器的电容电压控制***，包括：
获取模块，用于获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；
电压调整量模块，用于根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；
信号生成模块，用于根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；
叠加模块，用于将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号。
上述统一电能质量控制器的电容电压控制方法和***，获取到统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值，再根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；根据该电压调整量，则可生成稳压控制信号；最后将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号；根据该调整后的电容电压控制信号可调整各个子模块的开通时间，从而减少各个子模块与实际的电容电压值的差异，控制每个子模块输出相同的电容电压。
附图说明
图1为本发明统一电能质量控制器的直流电容电压控制方法在一实施例中的流程示意图。
图2为本发明统一电能质量控制器的直流电容电压控制***在一实施例中的结构示意图。
图3为本发明统一电能质量控制器的直流电容电压控制***在另一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，是本发明一种统一电能质量控制器的电容电压控制方法在一实施例中的流程示意图，包括如下步骤：
S11、获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；
S12、根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；
S13、根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；
S14、将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号；
一般统一电能质量控制器上、下半桥臂均串联n个子模块。在电容电压的建立阶段，首先将辅助直流电压源的输出端接到MMC相应的正、负直流母线上，每个子模块中包含有两个相同的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管），保持2n个子模块中的IGBT T1始终为关断状态，待充电子模块中的IGBT T2也为关断状态，其余(2n-1)个子模块中的IGBT T2为开通状态，这样直流电压源便只对该待充电子模块的电容充电，等到该待充子模块电容达到运行电压时，其充电完毕，将其上的IGBT T2由原先的关断状态变为开通状态，与此同时，将下一个待充电子模块中的IGBT T2由原先的开通状态变为关断状态，这样直流电压源便会转向对此子模块充电，以此类推，便可实现对一相桥臂中2n个子模块的依次充电。到最终充电完毕，可以通过串联的二极管或机械开关将直流电压源断开。
电容储能瞬时值由直流电容的电容值和该时刻电容电压的瞬时值共同决定，当电容选定后，电容储能与电容电压之间存在一一对应的关系，从而，可通过控制电容储能的增减来实现升高或降低电容电压的目标。
当电容电压需要升压时，可通过每个周期内增加电容的充电时间和减小电容的放电时间逐渐增加电容的储能；同理，当电容电压需要降压时，可通过每个周期内减小电容的充电时间和增加电容的放电时间逐渐减少电容的储能；因此，统一电能质量控制器的电容电压控制，可通过每个子模块电容电压瞬时值和电容电压参考值的比较来实现每个电容电压快速、准确的逼近预设的电容电压参考值；本实施例中从步骤S11获取到统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；再根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；根据该电压调整量，则可生成稳压控制信号；最后将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号；根据该调整后的电容电压控制信号调整子模块中电容的开通时间，从而减少各个子模块与实际的电容电压值的差异，控制每个子模块输出相同的电容电压。
在一较佳实施例中，所述根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量的步骤为：
检测所述子模块当前的交流电流瞬时值；
若所述交流电流瞬时值处于正半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以1，得到所述电压调整量；
若所述交流电流瞬时值处于负半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以-1，得到所述电压调整量；
当子模块的电容电压满足预设的电容电压参考值UdcRef>电容电压瞬时值Udcj时，该子模块需要通过从交流侧吸收能量来为直流电容充电，直至该子模块电容电压瞬时值升至参考值。当子模块的电容电压满足UdcRef<Udcj时，该子模块需要通过向交流侧释放能量来为直流电容放电，直至该子模块电容电压瞬时值降至参考值；本实施例中，将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以1，得到所述电压调整量，从而生成正的稳压控制信号，叠加到正弦调制波，可增加子模块的开通时间；将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以-1，得到所述电压调整量，从而生成负的稳压控制信号，叠加到正弦调制波，可减小子模块的开通时间。
在一较佳实施例中，将所述电压调整量输入至比例积分调节器，生成所述稳压控制信号，通过比例积分调节器能快速生成稳压控制信号。
在一较佳实施例中，所述电容电压控制信号为脉冲宽度调制信号，将所述稳压控制信号叠加到所述正弦调制波后，与三角波载波相交产生所述脉冲宽度调制信号。
如图2所示，是本发明一种统一电能质量控制器的电容电压控制***在一实施例中的结构示意图，包括：
获取模块21，用于获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；
电压调整量模块22，用于根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；
信号生成模块23，用于根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；
叠加模块24，用于将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的正弦调制波；
一般统一电能质量控制器上、下半桥臂均串联n个子模块。在电容电压的建立阶段，首先将辅助直流电压源的输出端接到MMC相应的正、负直流母线上，每个子模块中包含有两个相同的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管），保持2n个子模块中的IGBT T1始终为关断状态，待充电子模块中的IGBT T2也为关断状态，其余(2n-1)个子模块中的IGBT T2为开通状态，这样直流电压源便只对该待充电子模块的电容充电，等到该待充子模块电容达到运行电压时，其充电完毕，将其上的IGBT T2由原先的关断状态变为开通状态，与此同时，将下一个待充电子模块中的IGBT T2由原先的开通状态变为关断状态，这样直流电压源便会转向对此子模块充电，以此类推，便可实现对一相桥臂中2n个子模块的依次充电。到最终充电完毕，可以通过串联的二极管或机械开关将直流电压源断开。
电容储能瞬时值由直流电容的电容值和该时刻电容电压的瞬时值共同决定，当电容选定后，电容储能与电容电压之间存在一一对应的关系，从而，可通过控制电容储能的增减来实现升高或降低电容电压的目标。
当电容电压需要升压时，可通过每个周期内增加电容的充电时间和减小电容的放电时间逐渐增加电容的储能；同理，当电容电压需要降压时，可通过每个周期内减小电容的充电时间和增加电容的放电时间逐渐减少电容的储能；因此，统一电能质量控制器的电容电压控制，可通过每个子模块电容电压瞬时值和电容电压参考值的比较来实现每个电容电压快速、准确的逼近预设的电容电压参考值；本实施例中先获取到统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；再根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；根据该电压调整量，则可生成稳压控制信号；最后将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号；根据该调整后的电容电压控制信号调整子模块中电容的开通时间，从而减少各个子模块与实际的电容电压值的差异，控制每个子模块输出相同的电容电压。
在一较佳实施例中，如图3所示，所述电压调整量模块22还可包括：
检测模块221，用于检测所述子模块当前的交流电流瞬时值；
第一相乘模块222，用于若所述交流电流瞬时值处于正半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以1，得到所述电压调整量；
第二相乘模块223，用于若所述交流电流瞬时值处于负半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以-1，得到所述电压调整量；
当子模块的电容电压满足预设的电容电压参考值UdcRef>电容电压瞬时值Udcj时，该子模块需要通过从交流侧吸收能量来为直流电容充电，直至该子模块电容电压瞬时值升至参考值。当子模块的电容电压满足UdcRef<Udcj时，该子模块需要通过向交流侧释放能量来为直流电容放电，直至该子模块电容电压瞬时值降至参考值；本实施例中，将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以1，得到所述电压调整量，从而生成正的稳压控制信号，叠加到正弦调制波，可增加子模块的开通时间；将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以-1，得到所述电压调整量，从而生成负的稳压控制信号，叠加到正弦调制波，可减小子模块的开通时间。
在一较佳实施例中，所述信号生成模块23还用于将所述电压调整量输入至比例积分调节器，生成所述稳压控制信号，通过比例积分调节器能快速生成稳压控制信号。
在一较佳实施例中，所述叠加模块24中的所述电容电压控制信号为脉冲宽度调制信号，将所述稳压控制信号叠加到所述正弦调制波后，与三角波载波相交产生所述脉冲宽度调制信号。
本发明统一电能质量控制器的电容电压控制方法和***，获取到统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值，再根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；根据该电压调整量，则可生成稳压控制信号；最后将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号；根据该调整后的正弦调制波可调整各个子模块的开通时间，从而减少各个子模块与实际的电容电压值的差异，控制每个子模块输出相同的电容电压。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种统一电能质量控制器的电容电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；
根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；
根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；
将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号。
2.根据权利要求1所述的统一电能质量控制器的电容电压控制方法，其特征在于，所述根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量的步骤为：
检测所述子模块当前的交流电流瞬时值；
若所述交流电流瞬时值处于正半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以1，得到所述电压调整量；
若所述交流电流瞬时值处于负半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以-1，得到所述电压调整量。
3.根据权利要求1或2所述的统一电能质量控制器的电容电压控制方法，其特征在于，将所述电压调整量输入至比例积分调节器，生成所述稳压控制信号。
4.根据权利要求3所述的统一电能质量控制器的电容电压控制方法，其特征在于，所述电容电压控制信号为脉冲宽度调制信号，将所述稳压控制信号叠加到所述正弦调制波后，与三角波载波相交产生所述脉冲宽度调制信号。
5.一种统一电能质量控制器的电容电压控制***，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取统一电能质量控制器中子模块当前的电容电压瞬时值；
电压调整量模块，用于根据预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值，得到电压调整量；
信号生成模块，用于根据所述电压调整量，生成稳压控制信号；
叠加模块，用于将所述稳压控制信号叠加到输入至所述子模块的正弦调制波上，得到调整后的电容电压控制信号。
6.根据权利要求5所述的统一电能质量控制器的电容电压控制***，其特征在于，所述电压调整量模块包括：
检测模块，用于检测所述子模块当前的交流电流瞬时值；
第一相乘模块，用于若所述交流电流瞬时值处于正半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以1，得到所述电压调整量；
第二相乘模块，用于若所述交流电流瞬时值处于负半周期，则将预设的电容电压参考值与所述电容电压瞬时值的差值乘以-1，得到所述电压调整量。
7.根据权利要求5或6所述的统一电能质量控制器的电容电压控制***，其特征在于，所述信号生成模块还用于将所述电压调整量输入至比例积分调节器，生成所述稳压控制信号。
8.根据权利要求7所述的统一电能质量控制器的电容电压控制***，其特征在于，所述叠加模块中的所述电容电压控制信号为脉冲宽度调制信号，将所述稳压控制信号叠加到所述正弦调制波后，与三角波载波相交产生所述脉冲宽度调制信号。
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