CN103441696B - 一种级联变流器直流侧自稳压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联变流器直流侧自稳压方法，对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，然后在载波移相的基础上进行载波轮换。从而在不增加辅助电路以及其他***额外开支的情况下进行自稳压，实现级联变流器单元直流侧电压的平衡。

Description

一种级联变流器直流侧自稳压方法

技术领域

本发明涉及一种级联结构变流器相内直流侧电压自稳压方法，旨在不增加任何直流侧辅助电路的情况下进行自稳压，同时保证单元直流侧电压的平衡。

背景技术

在级联变流器的应用中，由于串联损耗和并联损耗的不平衡，会引起变流器相内直流侧电压的不一致。现有的方法或是给每个直流侧配备单独的供电电路进行稳压；或者是在直流侧接电阻和可控开关器件，通过电阻的损耗来进行电压的平衡；或者是通过直流母线或者公共交流母线来进行能量均衡。第一种方法增加了额外的电路，不但增加了整个变流器***的体积与复杂性，同时提高了成本。第二种方法增加了装置的损耗，降低了***的效率。第三种方法与第一种方法相同，增加了***的体积与装置成本，同时使得***能量的流动变得复杂。

发明内容

本发明提供了一种级联变流器直流侧自稳压方法，在不增加辅助电路以及其他***额外开支的情况下进行自稳压，实现级联变流器单元直流侧电压的平衡。

实现上述目的的技术方案是：

一种级联变流器直流侧自稳压方法，所述级联变流器的每相均由N个H桥单元级联，N≥2且N为整数，对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，然后在载波移相的基础上进行载波轮换。

上述的级联变流器直流侧自稳压方法，其中，对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，以A相第m个H桥为例，1≤m≤N且m为整数，具体包括：

在电流控制环和所有直流侧电压的平均值控制环的作用下，获取A相的控制量U_a；

A相第m个H桥的直流侧电压V_am-dc经过该H桥直流侧电压控制环，得到控制环的反馈量U_adcm；

根据公式：得到A相第m个H桥单元的控制量U_am，经过脉冲传递，对A相第m个H桥实现反馈控制。

上述的级联变流器直流侧自稳压方法，其中，在电流控制环和所有直流侧电压的平均值控制环的作用下，获取A相的控制量U_a，具体包括：

根据公式：

${\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{dc}}=\frac{V_{a1-\mathrm{dc}}+V_{a2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{aN}-\mathrm{dc}}+V_{b1-\mathrm{dc}}+V_{b2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{bN}-\mathrm{dc}}+V_{c1-\mathrm{dc}}+V_{c2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{cN}-\mathrm{dc}}}{N*3}$

其中，V_a1-dc，V_a2-dc，V_aN-dc分别为A相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；V_b1-dc，V_b2-dc，V_bN-dc分别为B相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；V_c1-dc，V_c2-dc，V_cN-dc分别为C相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；

得到所有H桥单元直流侧电压的平均值经过所述的所有直流侧电压的平均值控制环，得到控制量U_dc；

补偿电流i_ca、i_cb、i_cc经过派克变换得到补偿电流的dq分量i_d、i_q；dq分量i_d、i_q与控制量U_dc经过所述的电流控制环，得到参考电压的dq分量U_d、U_q；

电网电压v_sa、v_sb、v_sc经过派克变换得到电网电压的dq分量v_d、v_q；

U_d与v_d以及U_q与v_q分别作和之后，再进行派克反变换得到A相、B相、C相的控制量U_a、U_b、U_c。

上述的级联变流器直流侧自稳压方法，其中，在载波移相的基础上进行载波轮换，具体包括：

每一相的每个H桥开始时刻分别对应一个载波，即：第h个H桥对应h号载波，1≤h≤N且h为整数；

经过一定的调制波周期，载波进行一次轮换，即：第h个H桥的载波变换为h+1号载波，第N个H桥的载波变换为1号载波。

本发明的有益效果是：本发明在传统控制基础上采用额外的软件上的控制，通过对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，以及在载波移相的基础上进行载波轮换，实现在不增加***额外开支的情况下进行自稳压，保证级联变流器单元直流侧电压的平衡。

附图说明

图1是级联变流器应用于补偿无功和谐波时***结构图；

图2是本发明中每个H桥直流侧电压的反馈控制框图；

图3是载波移相时每个H桥对应的载波图；

图4是载波轮换时每个H桥对应的载波图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

变流器采用传统方法进行直流侧自稳压时，本身都会有电流控制环以及所有直流侧电压的平均值控制环。电流控制环控制变流器的输出电流，所有直流侧电压的平均值控制环可以确保总的直流侧平均电压的稳定，变流器多采用载波移相进行调制从而确保输出电流的开关次谐波频率较高。但是级联变流器由很多损耗有差异的H桥单元组成（每相均由N个H桥单元级联，N≥2且N为整数），所以每个H桥单元的直流侧电压是不一致的，从而导致***不能正常运行。原有的方法都需在每个H桥的直流侧连接额外的电路。本发明提供的自稳压方法只在原来控制的基础上，采用额外的软件上的控制，共包含两个要点：首先是对于每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制；其次是改变载波的形式，在载波移相的基础上进行载波轮换。

请参阅图1，为级联变流器应用于补偿无功和谐波时***结构图，本实施例中，以每相三个H桥单元级联为例，图1中，v_sa、v_sb、v_sc为电网电压；i_ca、i_cb、i_cc为补偿电流；V_c1-dc，V_c2-dc，V_c3-dc分别为C相第一个H桥、第二个H桥和第三个H桥的直流侧电压，其它相H桥单元直流侧电压类推。

对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，如图2所示，具体包括：

1）在电流控制环和所有直流侧电压的平均值控制环的作用下，获取A相、B相、C相各自的控制量U_a、U_b、U_c，具体包括：

根据公式：

${\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{dc}}=\frac{V_{a1-\mathrm{dc}}+V_{a2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{aN}-\mathrm{dc}}+V_{b1-\mathrm{dc}}+V_{b2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{bN}-\mathrm{dc}}+V_{c1-\mathrm{dc}}+V_{c2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{cN}-\mathrm{dc}}}{N*3}$

得到所有H桥单元直流侧电压的平均值经过所有直流侧电压的平均值控制环，得到控制量U_dc，图2中，为直流侧平均电压给定值；公式中，V_a1-dc，V_a2-dc，V_aN-dc分别为A相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；V_b1-dc，V_b2-dc，V_bN-dc分别为B相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；V_c1-dc，V_c2-dc，V_cN-dc分别为C相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；本实施例中，N为3；

补偿电流i_ca、i_cb、i_cc经过派克变换得到补偿电流的dq分量i_d、i_q；dq分量i_d、i_q与控制量U_dc经过电流控制环，得到参考电压的dq分量U_d、U_q，图2中，i_d ^*,i_q ^*为电流环给定电流；

电网电压v_sa、v_sb、v_sc经过派克变换得到电网电压的dq分量v_d、v_q；

U_d与v_d作和，U_q与v_q作和之后，再进行派克反变换得到A相、B相、C相的控制量U_a、U_b、U_c。

2）以A相、B相、C相各自第m个H桥为例，1≤m≤N且m为整数；A相、B相、C相各自第m个H桥的直流侧电压V_am-dc、V_bm-dc、V_cm-dc经过各自所对应的H桥直流侧电压控制环，得到相应控制环的反馈量U_adcm、U_bdcm、U_cdcm，为直流侧平均电压给定值；

3）根据公式：得到A相第m个H桥单元的控制量U_am，经过脉冲传递，对A相第m个H桥实现反馈控制；同理，得到B相、C相第m个H桥单元的控制量U_bm、U_cm，通过脉冲传递，对B相、C相第m个H桥实现反馈控制。

因此，可知每个H桥的控制量由两部分组成，以A相第m个H桥为例：

$U_{\mathrm{am}}=U_{\mathrm{adcm}}\left(1\right)+\frac{U_a}{N}\left(2\right)$

对于同一相内不同H桥的控制量而言，它们的第（2）组成部分都是相同的，但是第(1)组成部分的量是不同的量，正是第一组成部分不同的控制量对于直流侧电压的一致性起到了调节作用。

但是如果只采用上面的控制的话，H桥直流侧电压控制环的参数需随着变流器输出功率的变化而改变，当输出无功功率小于10%满载功率时，***可能会发生不稳定，采用载波轮换可以解决这一问题，此时控制环参数只需要为一个固定值即可。当只采用载波移相时，每一相的第h个H桥将采用同样的载波，此处成为第h号载波，1≤h≤N且h为整数。所有载波的频率、峰值以及形状都是相同的，但第h号载波将比第h-1号载波延迟角度。当采用载波轮换时，每个H桥的载波将是不固定的。

在载波移相的基础上进行载波轮换，具体包括：

每一相的每个H桥开始时刻分别对应一个载波，即：第h个H桥对应h号载波；

经过一定的调制波周期，载波进行一次轮换，即：第h个H桥的载波变换为h+1号载波，第N个H桥的载波变换为1号载波。本实施例中，N为3，如图3所示的载波移相时每个H桥对应的载波；以及图4所示的载波轮换时每个H桥对应的载波；开始时，每一相第1个H桥的载波为1号载波，第2个H桥的载波为2号载波，第3个H桥的载波为2号载波；经过一定的调制波周期后，每一相第1个H桥的载波为2号载波，第2个H桥的载波为3号载波，第3个H桥的载波为1号载波；再经过一定的调制波周期后，每一相第1个H桥的载波为3号载波，第2个H桥的载波为1号载波，第3个H桥的载波为2号载波；就这样每经过一定的调制波周期，载波就进行一次轮换。图3、图4中，y表示载波的幅度，t表示时间。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种级联变流器直流侧自稳压方法，所述级联变流器的每相均由N个H桥单元级联，N≥2且N为整数，其特征在于，对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，然后在载波移相的基础上进行载波轮换，

对每个H桥的直流侧电压都进行反馈控制，以A相第m个H桥为例，1≤m≤N且m为整数，具体包括：

在电流控制环和所有直流侧电压的平均值控制环的作用下，获取A相的控制量U_a；

A相第m个H桥的直流侧电压V_am-dc经过该H桥直流侧电压控制环，得到控制环的反馈量U_adcm；

根据公式：得到A相第m个H桥单元的控制量U_am，经过脉冲传递，对A相第m个H桥实现反馈控制，

在电流控制环和所有直流侧电压的平均值控制环的作用下，获取A相的控制量U_a，具体包括：

根据公式：

${\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{dc}}=\frac{V_{a1-\mathrm{dc}}+V_{a2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{aN}-\mathrm{dc}}+V_{b1-\mathrm{dc}}+V_{b2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{bN}-\mathrm{dc}}+V_{c1-\mathrm{dc}}+V_{c2-\mathrm{dc}}+...+V_{\mathrm{cN}-\mathrm{dc}}}{N*3}$

其中，V_a1-dc，V_a2-dc，V_aN-dc分别为A相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；V_b1-dc，V_b2-dc，V_bN-dc分别为B相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；V_c1-dc，V_c2-dc，V_cN-dc分别为C相第一个H桥、第二个H桥和第N个H桥的直流侧电压；

得到所有H桥单元直流侧电压的平均值经过所述的所有直流侧电压的平均值控制环，得到控制量U_dc；

补偿电流i_ca、i_cb、i_cc经过派克变换得到补偿电流的dq分量i_d、i_q；dq分量i_d、i_q与控制量U_dc经过所述的电流控制环，得到参考电压的dq分量U_d、U_q；

电网电压v_sa、v_sb、v_sc经过派克变换得到电网电压的dq分量v_d、v_q；

U_d与v_d以及U_q与v_q分别作和之后，再进行派克反变换得到A相、B相、C相的控制量U_a、U_b、U_c。

2.根据权利要求1所述的级联变流器直流侧自稳压方法，其特征在于，在载波移相的基础上进行载波轮换，具体包括：

每一相的每个H桥开始时刻分别对应一个载波，即：第h个H桥对应h号载波，1≤h≤N且h为整数；

经过一定的调制波周期，载波进行一次轮换，即：第h个H桥的载波变换为h+1号载波，第N个H桥的载波变换为1号载波。