一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法技术

本发明专利技术公开了一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，首先根据能量回馈系统的电路拓扑结构分析逆变电流和环流电流的导通方式；采用SVPWM调制策略，以第一扇区内半个开关周期为例对环流电流和逆变电流的导通方式展开分析；依据基尔霍夫定律分别得到逆变电流和环流电流的回路方程；依据环流电流和逆变电流换流方式分析得出的回路方程对开关矢量导通时间进行估算；最后依据逆变电流与环流电流换流方式的关系和开关矢量导通时间的估算表达式推导环流电流峰值的估算方法。本发明专利技术通过给出具体的能量回馈系统电路参数，依据环流电流峰值估算方法估算环流电流峰值，然后依据环流电流峰值估算结果，考虑适当的环流电流抑制方法来获得更好的控制性能。

A method for estimating peak current of an energy feedback unit

The invention discloses a method for estimating energy feedback unit circulation current peak, according to the circuit topology of the inverter current energy feedback system and circulation current conduction mode; using SVPWM modulation strategy with half a switching cycle in the first sector as an example and the current inverter current on ring conduction mode analysis according to Kirchhoff's law; the loop equations are obtained and the inverter current circulation current; circulation current and inverter circuit equation according to current commutation mode analysis of vector switch conduction time estimation; estimation method and finally according to the relationship between the current and the circulating current switching vector inverter commutation method of conduction time estimation expressions of circulation current peak. The specific energy feedback system based on circuit parameters, circulation current peak estimation method to estimate the peak current circulation, then the estimation results based on peak current circulation, consider appropriate circulation current suppression methods to achieve better control performance.

【技术实现步骤摘要】
一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法
本专利技术涉及电力电子控制
，尤其涉及一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法。
技术介绍
随着传统化石能源紧缺，环境污染严重等问题日益凸显。提高能源效率，降低能源消费已经成为各国经济可持续发展道路上越来越重要的议题。传统交流变频调速系统能源利用率也还存在很大提升空间，能量单方向流动导致的电机负载制动能量消耗在一定程度上制约了其发展。能量回馈系统通过对传统交流变频调速系统的拓扑进行改进，可实现能量的双向流动和单位功率因数，是变频调速系统节约能量，改善性能，提高效率的重要途径。并联型能量回馈系统是对传统变频调速系统的改进，其拓扑结构是在直流母线端与交流电网端并联接入能量回馈单元。这种可控的能量回馈单元在电机负载消耗能量时，一般处于不工作状态；在电机负载减速时，工作在逆变状态，将能量回馈至电网。并联型能量回馈系统只需适当改变线路连接接入能量回馈单元，故而改造成本相对较低。设计并联型拓扑结构的能量回馈单元时，还可以综合考虑回馈能量与系统总功率的关系，减小能量回馈单元的容量进一步降低成本。并联型能量回馈系统中，当能量回馈单元逆变再生发电时，能量回馈单元与变频器的二极管不控整流桥前端之间也会形成环流电流回路。环流电流分量会叠加在能量回馈单元的逆变电流中表现为并网电流谐波，因此环流电流的存在会增大并网电流谐波、降低系统控制性能、增加开关损耗，给能量回馈系统带来不利影响。已有的关于并联型能量回馈系统的设计方法中，交流滤波电感和直流平波电抗器值通常设计较大，这在一定程度上会抑制环流电流，因而针对环流电流进行具体研究的文献较少。而在能量回馈系统功率较大的场合，电感值设计过大会影响系统动态性能，同时还会带来成本的提升，限制了能量回馈系统的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，在具体分析环流电流换流方式和电流回路方程的基础上，利用逆变电流与环流电流换流方式之间的关系，从开关矢量导通时间的角度对环流电流峰值进行估算。本专利技术通过以下技术方案来解决上述技术问题：一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，包括如下步骤：S1.首先根据能量回馈系统的电路拓扑结构分析逆变电流和环流电流的导通方式；S2.采用SVPWM调制策略，以第一扇区内半个开关周期为例对环流电流和逆变电流的导通方式展开分析，半个开关周期的开关矢量状态变化定义为111-110-100；S3.依据基尔霍夫定律分别得到逆变电流和环流电流的回路方程：S4.然后依据环流电流和逆变电流换流方式分析得出的回路方程对开关矢量导通时间进行估算；S5.最后依据逆变电流与环流电流换流方式的关系和开关矢量导通时间的估算表达式推导环流电流峰值的估算方法。进一步地，在步骤S2中，开关矢量为111状态时，开关管状态为T1、T3、T5导通，T2、T4、T6关断，在第一扇区中，三相电网电压关系满足ega＞egb＞egc，A1点电位较B、C两点高，环流电流流过不控整流桥a相上管Da1，分别从b、c两相的开关管T3和开关管T5流回至电网。进一步地，在步骤S3中，在逆变电流和环流电流的回路中，电流关系满足：在开关矢量状态为111时，桥臂侧电压满足VaN＝VbN＝VcN＝udc，将上述电流关系分别带入逆变电流和环流电流的回路方程可得：同理可对开关矢量为110和100时的逆变电流和环流电流导通方式进行分析，开关矢量为110和100时的逆变电流和环流电流回路方程分别如下所示：由环流电流和逆变电流换流方式分析，在不考虑死区非线性因素的影响下，环流电流与逆变电流相位相同：当逆变电流流入能量回馈单元侧a相时，环流电流相应流入不控二极管整流桥a相；单个PWM开关周期内能量回馈单元侧流入的逆变电流方向切换时，不控整流桥侧流入的环流电流方向也相应切换，单位逆变状态下、a相逆变电流达到负的峰值时，a相环流电流会达到正向最大。进一步地，在步骤S4中，逆变电流在开关矢量为111和100时的回路方程如下式所示：功率因数近似为1的时候，a相电压峰值点也是a相逆变电流的峰值点，此时逆变电流的在111-110-100矢量作用时间内的变化可近似认为是零，逆变电流变化量Δi1与Δi2满足如下关系：Δi1＝Δi2定义TPWM为开关周期，则111矢量与100矢量导通时间满足：综合上述关系式，可推导出电压峰值处，100开关矢量的导通时间估算表达式如下：进一步地，在步骤S5中，由逆变电流和环流电流的换流方式分析，在逆变电流幅值达到峰值点时，环流电流幅值也相应为最大值，在第一扇区内的a相电网电压峰值点处，矢量状态变化为111-110-100的半个PWM周期中，a相环流电流在100开关矢量状态时从最大值减为零，依据此时的电路方程对环流电流峰值进行估算；100矢量状态作用时间内环流电流的变化率用Δi3表示，考虑到100矢量状态作用时间内，环流电流变化可近似认为是线性的，忽略回路电阻作用，100开关矢量作用时的环流电流回路方程表示如下：将100矢量作用时间估算表达式带入上述方程可得：在a相电压ega为峰值时，环流电流也达到峰值，三相电网相电压峰值为epeak，环流电流峰值为ipeak，PWM开关频率为fpwm，环流电流的峰值估算表达式如下：与现有技术相比，本专利技术的技术方案至少具有如下有益效果：本专利技术的能量回馈单元的环流电流峰值估算方法通过逆变电流与环流电流之间换流方式的关系，给出了与环流电流峰值有关的因素和环流电流峰值的估算方法，对减小能量回馈单元并网电流谐波，设计合适滤波电路参数有一定参考意义。本专利技术在具体分析环流电流换流方式和电流回路方程的基础上，利用逆变电流与环流电流换流方式之间的关系，从开关矢量导通时间的角度对环流电流峰值估算方法进行了推导，指出了电流回路参数对环流电流的影响，对能量回馈系统的电路参数设计具有一定的指导意义。通过给出具体的能量回馈系统电路参数，依据本专利技术给出的环流电流峰值估算方法就可以估算环流电流峰值，然后依据环流电流峰值估算结果，考虑适当的环流电流抑制方法来获得更好的控制性能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1为能量回馈系统的电路拓扑结构图。图2为能量回馈系统的电路等效分析拓扑结构图，表示111开关矢量时环流电流和逆变电流的换流方式。图3a逆变电流回路中，111矢量时三相等效电路图。图3b环流电流回路中，111矢量时三相等效电路图。图4为电压峰值处半个PWM开关周期内的电流变化示意图具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。如图1-4所示，本专利技术实施例提供的一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，包括能量回馈系统的逆变电流和环流电流导通方式分析，开关矢量导通时间估算和环流电流峰值估算，包括如下步骤：S1.首先根据能量回馈系统的电路拓扑结构分析逆变电流和环流电流的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.首先根据能量回馈系统的电路拓扑结构分析逆变电流和环流电流的导通方式；S2.采用SVPWM调制策略，以第一扇区内半个开关周期为例对环流电流和逆变电流的导通方式展开分析，半个开关周期的开关矢量状态变化定义为111‑110‑100；S3.依据基尔霍夫定律分别得到逆变电流和环流电流的回路方程：

【技术特征摘要】
1.一种能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.首先根据能量回馈系统的电路拓扑结构分析逆变电流和环流电流的导通方式；S2.采用SVPWM调制策略，以第一扇区内半个开关周期为例对环流电流和逆变电流的导通方式展开分析，半个开关周期的开关矢量状态变化定义为111-110-100；S3.依据基尔霍夫定律分别得到逆变电流和环流电流的回路方程：S4.然后依据环流电流和逆变电流换流方式分析得出的回路方程对开关矢量导通时间进行估算；S5.最后依据逆变电流与环流电流换流方式的关系和开关矢量导通时间的估算表达式推导环流电流峰值的估算方法。2.根据权利要求1所述的能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，其特征在于：在步骤S2中，开关矢量为111状态时，开关管状态为T1、T3、T5导通，T2、T4、T6关断，在第一扇区中，三相电网电压关系满足ega＞egb＞egc，A1点电位较B、C两点高，环流电流流过不控整流桥a相上管Da1，分别从b、c两相的开关管T3和开关管T5流回至电网。3.根据权利要求1所述的能量回馈单元的环流电流峰值估算方法，其特征在于：在步骤S3中，在逆变电流和环流电流的回路中，电流关系满足：在开关矢量状态为111时，桥臂侧电压满足VaN＝VbN＝VcN＝udc，将上述电流关系分别带入逆变电流和环流电流的回路方程可得：同理可对开关矢量为110和100时的逆变电流和环流电流导通方式进行分析，开关矢量为110和100时的逆变电流和环流电流回路方程分别如下所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：尹泉，杨志，刘洋，罗慧，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42