CN115632566A - 一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法，属于变流器技术领域，包括：确定三电平变流器直流侧的正中母线电容电压信号和中负母线电容电压信号的差值信号，并将所述差值信号输入陷波滤波器进行处理；将处理后的差值信号作为负反馈信号与零参考信号共同输入补偿器；将补偿器输出信号除以特定的比例系数作为零序调制信号叠加到当前变流器的三相调制信号中，并根据叠加零序调制信号的三相调制信号生成PWM信号，控制三电平变流器直流侧中点电位平衡；本发明采用陷波滤波器和补偿器生成零序调制信号，并叠加到三相交流调制信号上，从而控制中线上的电流，可解决三电平变流器直流侧电容中点电位不平衡的问题。
Description
技术领域
本发明属于变流器技术领域，具体涉及一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法。
背景技术
在三电平变流器中，开关管、直流侧电容等器件的参数各不相同，传感器也具有一定的测量偏差，同时受到数字编程时截断误差和舍入误差的影响，三电平变流器直流侧中线上的电流将不可避免地出现直流分量，并由此导致直流侧分压电容上的电压偏离其额定数值，直流侧电压的不平衡又进一步引起交流侧电流的不平衡以及产生直流偏置，从而影响***的正常稳定运行。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法，以解决上述技术问题。
本申请提供一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法，包括：
确定三电平变流器直流侧的正中母线电容电压信号和中负母线电容电压信号的差值信号，并将所述差值信号输入陷波滤波器进行处理；
将处理后的差值信号作为负反馈信号与零参考信号共同输入补偿器；
将补偿器输出信号除以特定的比例系数作为零序调制信号叠加到当前变流器的三相调制信号中，并根据叠加零序调制信号的三相调制信号生成PWM 信号，控制三电平变流器直流侧中点电位平衡；
推导被控对象的数学模型，将叠加零序调制信号的三相调制信号乘以特定的比例系数，考虑直流侧电容电压动态特性后即可得到所述差值信号的实际直流成分；
将所述差值信号的实际直流成分叠加三次谐波分量后即为作为所述差值信号，从而形成闭环控制。
进一步的，所述特定的比例系数为当前变流器交流侧电流的基波幅值
和功率因数cosγ的乘积
进一步的，所述推导被控对象的数学模型，包括：
计算叠加零序调制信号的三相调制信号和特定的比例系数的乘积；
令该乘积乘以
得到直流侧中线电流的直流分量；
直流侧中线电流的直流分量乘以该直流分量与所述差值信号的直流成分之间的传递函数
进一步的，所述陷波滤波器的传递函数为：
ω0表示工频角频率。
进一步的，所述补偿器采用PI控制器，所述补偿器的传递函数为：
其中，kp为补偿器比例系数，ki为补偿器积分系数。
进一步的，所述陷波滤波器、补偿器以及所述直流侧电容电压动态特性形成的本方法的开环控制的传递公式为：
ω0表示工频角频率。
本发明的有益效果在于，本发明提供的采用基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法，采用陷波滤波器和补偿器生成零序调制信号，并叠加到三相交流调制信号上，从而控制中线上的电流，可解决三电平变流器直流侧电容中点电位不平衡的问题，最终达到控制直流侧电容电压均衡的目的。此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术通用的三电平变流器拓扑图；
图2本发明实施例提供的一种控制方法组成的整个闭环控制流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种控制方法前后直流侧电压均衡效果仿真结果对比。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明在三相交流调制信号的基础上叠加一个零序调制信号，去控制中线电流，最终达到控制直流侧电容电压均衡的目的。
三相交流调制信号ma、mb、mc的基础上叠加一个零序调制信号m0，公式如下：
通常，中线电流inp、三相调制信号ma、mb、mc、三相交流电流ia、ib、ic以及开关函数fa、fb、fc具有如下关系：
inp(t)＝-[fa(t)+fb(t)+fc(t)] (4)
fa(t)＝ma(t)ia(t)[sgn(ma)-sgn(-ma)] (5)
fb(t)＝mb(t)ib(t)[sgn(mb)-sgn(-mb)] (6)
fc(t)＝mc(t)ic(t)[sgn(mc)-sgn(-mc)] (7)
对于三相平衡信号来说，fa(t)+fb(t)+fc(t)中正序和负序的基频分量和谐波分量之和为0，因此只剩直流分量，则根据公式(4),可知中线电流inp的直流分量inp0的关系如下：
inp0(t)＝-3fa0(t) (8)
而谐波分量fa0(t)中的直流成分fa0可以通过以下公式计算得到：
通过化简可得fa0(t)中的直流成分fa0表达式为：
其中，
表示交流电流的幅值，γ为变流器输出电压和电流的相位差，cosγ即表示变流器输出功率的功率因数。
进一步，将公式(10)带入公式(8)中，可得直流侧中线电流inp的直流分量inp0的表达式为：
直流侧正中母线电容电压V1、直流侧负中母线电容电压V2与直流侧中线电流inp的直流分量inp0的关系如下：
其中<>0表示取信号的直流成分，C为直流侧正中母线和中负母线之间的电容容值。
对公式(12)的微分方程两侧进行拉普拉斯变换，可得直流侧正中母线电容电压V1、直流侧负中母线电容电压V2的差值的直流成分<V1-V2>0与零序调制信号m0的传递函数为：
以上为根据直流侧电容电压动态特性进行推导的过程。根据以上得到的被控对象的数学模型，如图2所示，本申请实施例提供一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法。
确定三电平变流器直流侧的正中母线电容电压信号V1和中负母线电容电压信号V2的差值信号，并将所述差值信号输入陷波滤波器进行处理；
将处理后的差值信号作为负反馈信号与零参考信号共同输入补偿器；
将补偿器输出信号除以特定的比例系数作为零序调制信号叠加到当前变流器的三相调制信号中，并根据叠加零序调制信号的三相调制信号，选取合适的调制方法生成PWM信号，用于变流器开关管驱动信号的生成，从而控制三电平变流器直流侧中点电位平衡；
将叠加零序调制信号的三相调制信号乘以特定的比例系数，根据直流侧电容电压动态特性重新确定所述差值信号的直流成分，传递函数为：
C 为母线电容容值；
将所述差值信号的直流成分叠加谐波分量
后再次输入陷波滤波器，形成闭环控制。
推导被控对象的数学模型，计算叠加零序调制信号的三相调制信号和特定的比例系数的乘积；令该乘积乘以
得到直流侧中线电流的直流分量；直流侧中线电流的直流分量乘以该直流分量与所述差值信号的直流成分之间的传递函数
其中，陷波滤波器用于去除直流侧正中母线电容电压信号V1和中负母线电容电压信号V2的差值信号中的三次谐波成分，避免其对控制***性能的影响。
陷波滤波器的传递函数表达式如下式所示：
上式中ω0表示工频角频率，其值为314rad/s。
若三电平变流器直流侧中点电位平衡，则直流侧的正中母线电容电压信号V1和中负母线电容电压信号V2，差值信号应该为0，所以输入参考信号为零，控制目标为使得三电平变流器直流侧正中、中负母线电容电压平均值的差值为零。
输入参考信号和反馈信号做差得到的误差信号e经过补偿器，调节***带宽，并保证控制***的稳定裕度，从而使得三电平变流器直流侧中点电位平衡控制能够拥有良好的稳态和暂态性能。补偿器的传递函数为：
补偿器的输出需要除以特定的比例系数，该比例系数的选取与当前变流器交流侧电流的基波幅值以及功率因数有关系，用于抵消被控对象数学模型中的乘数变量
根据图2所示控制***框图，控制***开环传递函数可以表示如下：
选取***截止频率ωc为0.3ω0，截止频率处开环传递函数应满足|l(jωc)|＝1。截止频率处相位裕度选取60度，据此可以解算补偿器的具体控制参数，相关解算方法已被公开，在此不再赘述。
如图3所示，采用本实施例提供的基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法进行前后直流侧电压均衡效果仿真。仿真模型中三电平变流器直流侧正中和中负电容的容值为12mF，直流电压为1200V，交流并网电压为690V。仿真中设置0.5秒之前不采用任何直流侧电压均衡控制措施，0.5秒时使用本实施例提供的基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法。
整个仿真过程如下：0.05秒时PCS开机建立交流电压；0.2秒时投入第一组功率因数为0.8的负载，由仿真波形可知直流侧正中电容和中负电容上的电压基本均衡；0.4秒时负载切换为功率因数为0.6的负载，此时可以明显看到正中和中负电容电压逐渐偏离额定值600V，并且具有进一步发散的趋势；0.5秒时使能按照本实施例提供的基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法，可见正中和中负电容电压迅速收敛，达到了预期的控制效果。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内活任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法，其特征在于，包括：
确定三电平变流器直流侧的正中母线电容电压信号和中负母线电容电压信号的差值信号，并将所述差值信号输入陷波滤波器进行处理；
将处理后的差值信号作为负反馈信号与零参考信号共同输入补偿器；
将补偿器输出信号除以特定的比例系数作为零序调制信号叠加到当前变流器的三相调制信号中，并根据叠加零序调制信号的三相调制信号生成PWM信号，控制三电平变流器直流侧中点电位平衡；
推导被控对象的数学模型，将叠加零序调制信号的三相调制信号乘以特定的比例系数，考虑直流侧电容电压动态特性后即可得到所述差值信号的实际直流成分；
将所述差值信号的实际直流成分叠加三次谐波分量后即为作为所述差值信号，从而形成闭环控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定的比例系数为当前变流器交流侧电流的基波幅值
和功率因数cosγ的乘积
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述推导被控对象的数学模型，包括：
计算叠加零序调制信号的三相调制信号和特定的比例系数的乘积；
令该乘积乘以
得到直流侧中线电流的直流分量；
直流侧中线电流的直流分量乘以该直流分量与所述差值信号的直流成分之间的传递函数
所述实际直流成分叠加三次谐波分量后即为作为所述差值信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陷波滤波器的传递函数为：
ω0表示工频角频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿器采用PI控制器，所述补偿器的传递函数为：
其中，kp为补偿器比例系数，ki为补偿器积分系数。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述陷波滤波器、补偿器以及所述直流侧电容电压动态特性形成的本方法的开环控制的传递公式为：
ω0表示工频角频率。
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| CN202211100783.1A CN115632566A (zh) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | 一种基于陷波滤波器和补偿器的中点电位平衡控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116032138A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-04-28 | 深圳市首航新能源股份有限公司 | 驱动方法、驱动装置、逆变电路与逆变器 |
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2022
- 2022-09-09 CN CN202211100783.1A patent/CN115632566A/zh active Pending
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