CN109152118B - 中间包电磁感应加热***多层控制方法 - Google Patents

中间包电磁感应加热***多层控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109152118B
CN109152118B CN201710664749.XA CN201710664749A CN109152118B CN 109152118 B CN109152118 B CN 109152118B CN 201710664749 A CN201710664749 A CN 201710664749A CN 109152118 B CN109152118 B CN 109152118B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge arm
sub
control
modules
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710664749.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109152118A (zh
Inventor
罗安
何志兴
易伟浪
陈燕东
徐千鸣
岳雨霏
郭鹏
黄旭程
洪乐荣
王�锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201710664749.XA priority Critical patent/CN109152118B/zh
Publication of CN109152118A publication Critical patent/CN109152118A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109152118B publication Critical patent/CN109152118B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/08—Control, e.g. of temperature, of power using compensating or balancing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/2932—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage, current or power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2206/00—Aspects relating to heating by electric, magnetic, or electromagnetic fields covered by group H05B6/00
    • H05B2206/02—Induction heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

本发明公开了一种中间包电磁感应加热***多层控制方法，顶层温度控制用于中间包包体温度精确调节，电压平衡控制则维持感应加热电源的电容电压稳定；中层电流预测控制则实现感应加热电源的交流输入电流、环流电流及输出电流的协同优化跟踪；底层包括开关动作分配与均压控制，将开关动作分配至感应加热电源的功率子模块并维持子模块电容电压平衡。顶层温度控制与电压平衡控制求得输出电流指令、输入电流指令及环流电流指令。本发明实现了对中间包电磁感应加热***温度、输入电流、输出电流、模块电压的多目标控制。

Description

中间包电磁感应加热***多层控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于模块化多电平交交变换的中间包电磁感应加热***多层控制方法，适合于中频高压大功率中间包电磁加热的场合。
背景技术
随着电力电子和半导体技术的进步，大功率高效率变频电源的出现极大地促进了钢材热处理感应加热技术的发展，中间包感应***作为将电能转换为钢水热能的变换***，其通过输出交变的电流在钢水中感应出电动势，进而产生感应电流。感应电流在钢水中流动产生焦耳热完成对钢水的加热，完成电能到热能的变换。中间包电磁感应加热***通过降低钢水过热度，并维持恒温浇铸，进而提升钢材品种，是生产高品质纯净钢材的核心装备。中间包电磁感应加热***具有功率大，输出电压等级高，电流控制精度要求高等特点。因此，对中间包感应加热***控制方法的研究具有良好的理论和工程意义。
近年来随着冶金业的发展，大规模冶炼企业的中频感应加热负荷也越来越多。目前感应加热中频炉负荷的电源大多采用AC-DC-AC三级变换形式。多绕组变压器与二极管整流得到不可控的直流电，并作为后级H桥模块的输入电压，后级多个H桥输出级联实现高压交流输出；具有控制简单，结构可靠的优点，但绕线结构复杂，体积庞大。
近年来，基于H桥子模块级联多电平结构的中间包感应加热电源具有结构模块化，输出特性理想，多冗余的优点，得到了广泛的关注与研究。基于H桥模块级联的多电平模块化变换器(MMC)结构，能够直接实现AC-AC的变换，且具有功率双向流动等优点，是中间包电磁感应加热***的发展方向。基于模块化多电平交交变换的中间包电磁感应加热***，保护多个控制目标，且控制精度要求高，其控制策略是研究的重点。
发明内容
本发明旨在提供一种中间包电磁感应加热***多层控制方法，实现对中间包电磁感应加热***温度、输入电流、输出电流、模块电压的多目标控制。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种中间包电磁感应加热***多层控制方法，包括顶层控制部分、中间层控制部分和底层控制部分；所述顶层控制部分包括整体平衡控制部分、桥臂间平衡控制部分和相间平衡控制部分；
所述整体平衡控制部分包括：采集电磁感应加热***六个桥臂所有子模块电容电压udxi，并求和得到六个桥臂的总电容电压
Figure GDA0003076772930000021
总电容电压
Figure GDA0003076772930000022
与指令值
Figure GDA0003076772930000023
作差后经PI控制得到三相交流输入电流的d轴控制指令
Figure GDA0003076772930000024
三相交流输入电流的q轴控制指令
Figure GDA0003076772930000025
设置为零，d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相交流电流指令
Figure GDA0003076772930000026
维持电磁感应加热***所有子模块电压平衡；其中，x＝a,b,c；
所述桥臂间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压作差得到三相桥臂电压差Δuda,Δudb和Δudc，Δuda与Δudb之和再与2*Δudb作差，经PI控制后得到负序环流指令的d轴控制指令
Figure GDA0003076772930000027
Δudc与Δudb作差，经PI控制后得到负序环流指令的q轴控制指令
Figure GDA0003076772930000028
d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相负序环流电流指令
Figure GDA0003076772930000029
和
Figure GDA00030767729300000210
维持三相上下桥臂的电容电压平衡；
所述相间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压分别求和，得到三相桥臂电压和∑uda,∑udb和∑udc，∑udb与∑udc之和与2*∑uda作差，经PI控制后得到正序环流指令的d轴控制指令
Figure GDA00030767729300000211
∑udb与∑udc作差，经PI控制后得到正序环流指令的q轴控制指令
Figure GDA00030767729300000212
d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相正序环流电流指令
Figure GDA00030767729300000213
和
Figure GDA00030767729300000214
维持三相桥臂的电容电压平衡；
所述中间层控制部分包括：建立如下目标优化函数：
Figure GDA00030767729300000215
其中c1和c2分别表示差模电压和共模电压控制目标的权重因子；
Figure GDA00030767729300000216
为第k+1次差模电压参考值，由环流指令
Figure GDA00030767729300000217
根据预测算法计算得到，
Figure GDA00030767729300000218
为第k+1次共模电压参考值，由三相交流指令
Figure GDA00030767729300000219
根据预测算法计算得到；usx(k+1)为第k+1次差模电压；ucx(k+1)为第k+1次共模电压；选择使目标优化函数值最小的电平组合为最优输出电平，得到上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数nux(k+1)和nlx(k+1)；
所述底层控制部分包括：根据中间层电流预测控制得到的上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数，将开关动作分配至各个桥臂的子模块并维持子模块电容电压平衡。
三相交流输入电流的d轴控制指令
Figure GDA0003076772930000031
其中kp为PI控制比例参数，ki分别为PI控制积分时间参数。
三相交流电流指令表达式为：
Figure GDA0003076772930000032
ωg为电网同步角频率。
三相负序环流电流指令
Figure GDA0003076772930000033
和
Figure GDA0003076772930000034
的表达式为：
Figure GDA0003076772930000035
其中，
Figure GDA0003076772930000036
Figure GDA0003076772930000037
ωg为电网同步角频率。
三相正序环流电流指令
Figure GDA0003076772930000038
和
Figure GDA0003076772930000039
的表达式为：
Figure GDA00030767729300000310
其中，
Figure GDA00030767729300000311
Figure GDA00030767729300000312
θ＝ω0t，ω0为感应电流给定角频率。
所述底层控制部分的具体实现过程包括：
采集各桥臂子模块电容电压，并对桥臂子模块电容电压按由小到大进行排序；
当上桥臂电流iux大于或等于0，优化输出上桥臂电平数nux(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最小的nux(k+1)个子模块输出1电平，其他子模块输出0电平；当iux大于或等于0，而优化输出电平数nux(k+1)小于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最大的nux(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当下桥臂电流ilx大于或等于0，优化输出下桥臂电平数nlx(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最小的nlx(k+1)个子模块输出1电平，其他子模块输出0电平；当ilx大于或等于0，而优化输出电平数nlx(k+1)小于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最大的nlx(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当上桥臂电流iux小于0，优化输出上桥臂电平数nux(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最大的nux(k+1)个子模块输出1，其他子模块输出0电平；当iux小于0，而优化输出电平数nux(k+1)小于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最小的nux(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当下桥臂电流ilx小于0，优化输出下桥臂电平数nlx(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最大的nlx(k+1)个子模块输出1，其他子模块输出0电平；当ilx小于0，而优化输出电平数nlx(k+1)小于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最小的nlx(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当子模块输出1时，左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管关闭，下管开通；当子模块输出-1时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管开通，下管关闭；当子模块输出0时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管关闭，下管开通，或者左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管开通，下管关闭。
采用多层控制方法，顶层为温度控制和电压平衡控制，中层为电流预测控制，底层包括开关动作分配与均压控制。顶层温度控制与电压平衡控制求得交流输入电流指令及环流电流指令作为中层电流预测控制目标，中层电流预测控制求得最优输出电平数目作为底层控制的输入。底层开关动作分配与均压控制将开关动作分配至子模块并维持子模块电容电压的平衡。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：采用了多层控制***，能够实现***温度、输入电流、输出电流、模块电压的多个目标协同控制，同时电流采用优化模型预测控制，能够减少数字控制***的计算量，并实现交流输入电流、环流电流及输出电流的协同优化控制，且具有快速的动态响应特性。
附图说明
图1是模块化多电平交交变换的中间包电磁加热***拓扑结构图；
图2是三层控制框图；
图3(a)～图3(d)为顶层温度与电压平衡控制框图；
图4是基于有限控制集合的电流预测控制框图；
图5是子模块电容电压平衡流程图。
具体实施方式
图1所示为用于本发明的模块化多电平交交变换的中间包电磁加热***拓扑结构图，输入端为三相交流电源，uga，ugb,ugc分别为A，B，C三相交流相电压，isa，isb，isc分别为三相输入电流，输出端为中频交流，与中间包电磁加热装置相连，uo为输出电压。模块化多电平交交变换器由三相桥臂构成，每相桥臂采用N个H桥子模块级联，每个桥臂通过两个桥臂电感L相连。iux，ilx(x＝a,b,c)分别表示各相上下桥臂流过的电流，uux，ulx(x＝a,b,c)分别表示各相上下桥臂等效电压值。
图2所示为模块化多电平交交变换的中间包电磁加热***的交流输入电流回路和环流等效电路模型。结合KVL，KCL方程建立差模电压和共模电压等效模型如下：
Figure GDA0003076772930000051
Figure GDA0003076772930000052
其中：
Figure GDA0003076772930000053
Figure GDA0003076772930000054
其中usx，ucx(x＝a,b,c)分别为各相差模电压和共模电压，isx，icx(x＝a,b,c)为输入电流和环流。
图2所示为三层控制策略，顶层为温度与电压平衡控制，中层为电流预测控制，底层为开关动作分配与均压控制。顶层温度与电压平衡控制包括温度控制，桥臂间平衡控制，相间平衡控制，整体平衡控制，由温度控制得到零序电流指令值为
Figure GDA0003076772930000061
由桥臂间平衡控制得到的三相负序环流电流指令为
Figure GDA0003076772930000062
由相间平衡控制得到的三相正序环流电流指令为
Figure GDA0003076772930000063
得到环流指令为
Figure GDA0003076772930000064
Figure GDA0003076772930000065
由整体平衡控制得到的三相交流电流指令为
Figure GDA0003076772930000066
最终由顶层温度与电压平衡得到的指令为环流指令
Figure GDA0003076772930000067
和三相交流电流指令
Figure GDA0003076772930000068
Figure GDA0003076772930000069
中层采用基于有限控制集合的模型预测控制，根据电流控制指令计算出输出电压的预测值，根据上下桥臂输出电压组合，计算出各个电平组合对于的输出电压。再根据目标优化函数，计算各个电平组合定义的优化函数值，并进行比较，选择使目标优化函数值最小的输出电平组合作为下一个控制周期里各桥臂的输出电平指令。底层为开关动作分配与均压控制，根据中间层电流预测控制得到的上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数nux(k+1)和nlx(k+1)(x＝a,b,c)，将开关动作分配至各个桥臂的子模块并维持子模块电容电压平衡。最终将检测得到的温度T，子模块电压udxi，环流icx，交流输入电流isx，输出电压uo等参数经处理后反馈给顶层控制和中层控制。其中参数的处理如下：
Δudx＝∑ulx-∑uux (5)
Figure GDA00030767729300000610
Δudx(x＝a,b,c)为三相桥臂电压差，∑udx(x＝a,b,c)为三相桥臂电压和，
Figure GDA00030767729300000611
为六个桥臂的总电容电压。
图3(a)～图3(d)为顶层温度与电压平衡控制框图。图3(a)是温度控制，温度控制采用PID控制器，将检测的温度与给定的温度指令值Tref做差，差值经PID控制后，得到
Figure GDA00030767729300000612
再与输出电流的同步信号相乘，得到零序电流指令值
Figure GDA00030767729300000613
图3(b)是整体控制平衡，整体平衡用于维持感应加热电源所有子模块电压平衡，将六个桥臂的总电容电压
Figure GDA00030767729300000614
与指令值
Figure GDA00030767729300000615
做差得到的误差信号经PI控制器后与电网同步信号相乘，得到交流输入电流信号
Figure GDA00030767729300000616
图3(c)是桥臂间平衡控制，各相上下桥臂总电容电压作差得到三相桥臂电压差Δuda,Δudb和Δudc。Δuda与Δudb之和再与2*∑udba作差，经PI控制后得到负序环流指令的d轴控制指令；Δudc与Δudb作差，经PI控制后得到负序环流指令的q轴控制指令，d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相负序环流电流指令
Figure GDA00030767729300000617
图3(d)是相间平衡控制，各相上下桥臂总电容电压分别求和得到三相桥臂电压和∑uda,∑udb和∑udc。∑udb与∑udc之和再与2*∑uda作差，经PI控制后得到正序环流指令的d轴控制指令
Figure GDA0003076772930000071
∑udb与∑udc作差，经PI控制后得到正序环流指令的q轴控制指令
Figure GDA0003076772930000072
d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相正序环流电流指令
Figure GDA0003076772930000073
图4为基于有限控制集合的电流预测控制框图，以各相上下桥臂输出电平组合作为有限控制集合。以各相顶层得到的环流指令
Figure GDA0003076772930000074
和三相交流电流指令
Figure GDA0003076772930000075
作为第k+1次的协同控制目标，根据预测算法得到的第k+1次差模电压参考值
Figure GDA0003076772930000076
和第k+1次共模电压参考值
Figure GDA0003076772930000077
并建立目标优化函数g，以上下桥臂输出电平的组合作为有限控制集合，循环计算每个电平组合对应的目标优化函数值，并循环比较，最终选择使目标优化函数值最小的电平组合为最优输出电平，得到上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数nux(k+1)和nlx(k+1)。
图5为子模块电容电压平衡流程图。假定当子模块输出1时，左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管关闭，下管开通；当子模块输出-1时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管开通，下管关闭；当子模块输出0时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管关闭，下管开通，或者左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管开通，下管关闭。则流程图执行过程如下：
1)采集各桥臂子模块电压，并对桥臂子模块电容电压按由小到大进行排序。
2)当桥臂电流iux(上桥臂)大于或等于0，且优化输出电平数nux(k+1)(上桥臂)大于等于0时；按排序结果，选择子模块电容电压值最小的nux(k+1)(上桥臂)个子模块输出1，其他子模块输出0。
3)当桥臂电流iux(上桥臂)大于或等于0，且优化输出电平数nux(k+1)(上桥臂)小0时；按排序结果，选择子模块电容电压值最大的nux(k+1)(上桥臂)个子模块输出-1，其他子模块输出0。
4)当桥臂电流iux(上桥臂)小于0，且优化输出电平数nux(k+1)(上桥臂)大于等于0时；按排序结果，选择子模块电容电压值最大的nux(k+1)(上桥臂)个子模块输出1，其他子模块输出0。
5)当桥臂电流iux(上桥臂)小于0，且优化输出电平数nux(k+1)(上桥臂)小0时；按排序结果，选择子模块电容电压值最小的nux(k+1)(上桥臂)个子模块输出-1，其他子模块输出0。

Claims (6)

1.一种中间包电磁感应加热***多层控制方法，其特征在于，包括顶层控制部分、中间层控制部分和底层控制部分；所述顶层控制部分包括整体平衡控制部分、桥臂间平衡控制部分和相间平衡控制部分；
所述整体平衡控制部分包括：采集电磁感应加热***六个桥臂所有子模块电容电压udxi，并求和得到六个桥臂的总电容电压
Figure FDA0003093791370000011
总电容电压
Figure FDA0003093791370000012
与指令值
Figure FDA0003093791370000013
作差后经PI控制得到三相交流输入电流的d轴控制指令
Figure FDA0003093791370000014
三相交流输入电流的q轴控制指令
Figure FDA0003093791370000015
设置为零，d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相交流输入电流指令
Figure FDA0003093791370000016
维持电磁感应加热***所有子模块电压平衡；其中，x＝a,b,c；
所述桥臂间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压作差得到三相桥臂电压差Δuda,Δudb和Δudc，Δuda与Δudb之和再与2*Δudb作差，经PI控制后得到负序环流指令的d轴控制指令
Figure FDA0003093791370000017
Δudc与Δudb作差，经PI控制后得到负序环流指令的q轴控制指令
Figure FDA0003093791370000018
d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相负序环流电流指令
Figure FDA0003093791370000019
和
Figure FDA00030937913700000110
维持三相上下桥臂的电容电压平衡；
所述相间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压分别求和，得到三相桥臂电压和∑uda,∑udb和∑udc，∑udb与∑udc之和与2*∑uda作差，经PI控制后得到正序环流指令的d轴控制指令
Figure FDA00030937913700000111
∑udb与∑udc作差，经PI控制后得到正序环流指令的q轴控制指令
Figure FDA00030937913700000112
d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相正序环流电流指令
Figure FDA00030937913700000113
和
Figure FDA00030937913700000114
维持三相桥臂的电容电压平衡；
所述中间层控制部分包括：建立如下目标优化函数：
Figure FDA00030937913700000115
其中c1和c2分别表示差模电压和共模电压控制目标的权重因子；
Figure FDA00030937913700000116
为第k+1次差模电压参考值，由环流指令
Figure FDA00030937913700000117
根据预测算法计算得到，
Figure FDA00030937913700000118
为第k+1次共模电压参考值，由三相交流输入电流指令
Figure FDA00030937913700000119
根据预测算法计算得到；usx(k+1)为第k+1次差模电压；ucx(k+1)为第k+1次共模电压；选择使目标优化函数值最小的电平组合为最优输出电平，得到上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数nux(k+1)和nlx(k+1)；
所述底层控制部分包括：根据中间层电流预测控制得到的上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数，将开关动作分配至各个桥臂的子模块并维持子模块电容电压平衡。
2.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热***多层控制方法，其特征在于，三相交流输入电流的d轴控制指令
Figure FDA0003093791370000021
其中kp为PI控制比例参数，ki分别为PI控制积分时间参数。
3.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热***多层控制方法，其特征在于，三相交流输入电流指令表达式为：
Figure FDA0003093791370000022
ωg为电网同步角频率。
4.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热***多层控制方法，其特征在于，三相负序环流电流指令
Figure FDA0003093791370000023
和
Figure FDA0003093791370000024
的表达式为：
Figure FDA0003093791370000025
其中，
Figure FDA0003093791370000026
Figure FDA0003093791370000027
ωg为电网同步角频率。
5.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热***多层控制方法，其特征在于，三相正序环流电流指令
Figure FDA0003093791370000028
和
Figure FDA0003093791370000029
的表达式为：
Figure FDA00030937913700000210
其中，
Figure FDA0003093791370000031
Figure FDA0003093791370000032
θ＝ω0t，ω0为感应电流给定角频率。
6.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热***多层控制方法，其特征在于，所述底层控制部分的具体实现过程包括：
采集各桥臂子模块电容电压，并对桥臂子模块电容电压按由小到大进行排序；
当上桥臂电流iux大于或等于0，优化输出上桥臂电平数nux(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最小的nux(k+1)个子模块输出1电平，其他子模块输出0电平；当iux大于或等于0，而优化输出电平数nux(k+1)小于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最大的nux(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当下桥臂电流ilx大于或等于0，优化输出下桥臂电平数nlx(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最小的nlx(k+1)个子模块输出1电平，其他子模块输出0电平；当ilx大于或等于0，而优化输出电平数nlx(k+1)小于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最大的nlx(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当上桥臂电流iux小于0，优化输出上桥臂电平数nux(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最大的nux(k+1)个子模块输出1，其他子模块输出0电平；当iux小于0，而优化输出电平数nux(k+1)小于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最小的nux(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当下桥臂电流ilx小于0，优化输出下桥臂电平数nlx(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最大的nlx(k+1)个子模块输出1，其他子模块输出0电平；当ilx小于0，而优化输出电平数nlx(k+1)小于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最小的nlx(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；
当子模块输出1时，左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管关闭，下管开通；当子模块输出-1时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管开通，下管关闭；当子模块输出0时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管关闭，下管开通，或者左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管开通，下管关闭。
CN201710664749.XA 2017-08-07 2017-08-07 中间包电磁感应加热***多层控制方法 Active CN109152118B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710664749.XA CN109152118B (zh) 2017-08-07 2017-08-07 中间包电磁感应加热***多层控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710664749.XA CN109152118B (zh) 2017-08-07 2017-08-07 中间包电磁感应加热***多层控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109152118A CN109152118A (zh) 2019-01-04
CN109152118B true CN109152118B (zh) 2021-07-23

Family

ID=64803244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710664749.XA Active CN109152118B (zh) 2017-08-07 2017-08-07 中间包电磁感应加热***多层控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109152118B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110202123B (zh) * 2019-05-06 2021-04-30 湖南大学 中间包通道式电磁感应加热电源的智能控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377362A (zh) * 2011-09-30 2012-03-14 中国电力科学研究院 电压源型单位功率因数高温超导储能变流器的控制方法
CN102739071A (zh) * 2012-06-20 2012-10-17 西安交通大学 基于环流解耦的模块化多电平变流器直流电容电压控制方法
CN103078316A (zh) * 2013-01-06 2013-05-01 湖北省电力公司电力科学研究院 一种电网电压扰动发生装置及其控制方法
CN204993103U (zh) * 2015-08-31 2016-01-20 苏州大学 一种t型三电平三相储能逆变器***
JP2016082786A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 株式会社東芝 中性点クランプ形電力変換装置およびその制御方法
CN105743371A (zh) * 2016-04-13 2016-07-06 上海交通大学 适用于不平衡电压下的mmc的控制器制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377362A (zh) * 2011-09-30 2012-03-14 中国电力科学研究院 电压源型单位功率因数高温超导储能变流器的控制方法
CN102739071A (zh) * 2012-06-20 2012-10-17 西安交通大学 基于环流解耦的模块化多电平变流器直流电容电压控制方法
CN103078316A (zh) * 2013-01-06 2013-05-01 湖北省电力公司电力科学研究院 一种电网电压扰动发生装置及其控制方法
JP2016082786A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 株式会社東芝 中性点クランプ形電力変換装置およびその制御方法
CN204993103U (zh) * 2015-08-31 2016-01-20 苏州大学 一种t型三电平三相储能逆变器***
CN105743371A (zh) * 2016-04-13 2016-07-06 上海交通大学 适用于不平衡电压下的mmc的控制器制造方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模块化多电平STATCOM控制策略研究;连霄壤;《工程科技II辑》;20120715;全文 *
模块化多电平换流器故障容错控制策略研究与装置研制;杨浩;《工程科技II辑》;20170315;全文 *
综合型电能质量调节装置的理论与技术研究;盘宏斌;《工程科技II辑》;20120115;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109152118A (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110912431B (zh) 基于模型预测虚拟电压矢量控制的逆变器环流抑制方法
CN104734545B (zh) 基于模型预测和电压平方控制的pwm整流器的控制方法
CN108616132B (zh) 一种基于三矢量的模型预测直接功率控制方法
Xu et al. Hierarchical direct power control of modular multilevel converter for tundish heating
CN109038673B (zh) 光伏发电***的模型预测优化控制方法
CN111585449B (zh) 双级式矩阵变换器的虚拟矢量调制型模型预测算法
Alberto et al. Space vector modulation applied to three-phase three-switch two-level unidirectional PWM rectifier
CN108390571B (zh) 一种中间包电磁加热电源恒温控制方法
Kim et al. Modeling and hierarchical structure based model predictive control of cascaded flying capacitor bridge multilevel converter for active front-end rectifier in solid-state transformer
CN104993713A (zh) 一种双pwm固态变压器的控制方法
CN109152118B (zh) 中间包电磁感应加热***多层控制方法
CN111262491B (zh) 一种适用于永磁电机***的增量式直接预测速度控制方法
CN104578834B (zh) 直流电弧炉的高性能直流电源实现方法
CN108631626B (zh) 一种基于模糊控制的模型预测直接功率控制方法
CN105846691B (zh) 一种级联多电平中间包电磁加热电源综合控制方法
CN107231093B (zh) 基于全桥mmc结构的中间包电磁加热电源的控制方法
CN109301823A (zh) 一种基于有限状态模型预测控制策略的电能质量扰动补偿方法
CN114024340B (zh) 一种海上风电装置控制***及模型预测控制方法
Zhang et al. Modelling and analysis of a cascade 11-level inverters-based SVG with control strategies for electric arc furnace (EAF) application
Peng et al. An improved DTC strategy for induction motors fed by direct matrix converter
CN110202123B (zh) 中间包通道式电磁感应加热电源的智能控制方法
CN109256968B (zh) 一种三相电压型pwm变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法
CN113054880A (zh) 一种dfig网侧变换器电流跟踪非线性控制方法及其控制***
CN112928929B (zh) 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法
Brandão et al. Robust Implementation of Zero Harmonic Distortion Converter in Distorted Grids

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant