一种计及不平衡的电压振荡抑制方法、控制器及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种计及电压不平衡的载波调制方法、控制器及系统。其中，所述载波调制方法包括：将直流分量注入至Vienna整流器的三相调制信号，得到直流补偿后的三相调制信号；根据Vienna整流器的三相输入电流的极性来判断扇区，并依据直流补偿后的三相调制信号与三相输入电流极性的一致性，判定当前扇区是否属于正常区间；在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量，以用于消除交流侧电流畸变；在正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入优化的零序分量，以抑制直流侧电压振荡。

A Method, Controller and System for Voltage Oscillation Suppression Considering Unbalance

The invention discloses a carrier modulation method, a controller and a system taking into account voltage imbalance. The carrier modulation method includes: injecting the DC component into the three-phase modulation signal of the Vienna rectifier to obtain the three-phase modulation signal after DC compensation; judging the sector according to the polarity of the three-phase input current of the Vienna rectifier, and judging the polarity of the three-phase modulation signal after DC compensation and one of the three-phase input current polarity. Consistency is used to determine whether the current sector belongs to the normal region; in the abnormal region, compensation component is injected into the three-phase modulation signal compensated by DC for eliminating AC side current distortion; in the normal region, optimized zero sequence component is injected into the three-phase modulation signal compensated by DC to suppress DC side voltage oscillation.

【技术实现步骤摘要】
一种计及不平衡的电压振荡抑制方法、控制器及系统
本专利技术属于电力电子领域，尤其涉及一种计及不平衡的电压振荡抑制方法、控制器及系统。
技术介绍
有源功率因数校正技术是解决非线性元件对电网注入大量谐波问题的有效途径。三相三电平Vienna整流可实现输入单位功率因数校正，不仅具有谐波小、开关损耗低和电磁干扰小等优点，而且电路结构简单、开关数目少、无桥臂直通问题，适合能量单向的高压大功率变换场合。为进一步提高功率密度，减小体积与成本，降低直流母线电容已成为国内外学术热点及工业应用的新趋势。减少并联的直流母线电容数目，可进一步提高Vienna整流器功率密度。然而当Vienna整流器要选择小于500uF的直流母线电容时，无论是传统的正弦脉宽调制(SPWM)，还是空间矢量脉宽调制(SVPWM)调制或零序分量注入的载波调制技术均会引起直流电压振荡及电流畸变问题。尤其在直流电压不平衡时振荡及畸变加剧，并与期望值产生偏差，严重影响后级直流用电质量。综上所述，为提高Vienna整流器功率密度，降低成本，亟需一种新型的调制方法来抑制直流电压振荡，消除电流畸变，提高在直流电压平衡与不平衡条件下电能质量，保障系统安全稳定运行。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种计及不平衡的直流电压振荡抑制载波调制方法，其能够减少Vienna整流器直流电容，具有在平衡或不平衡条件下，均能有效抑制直流电压振荡，同时降低输入电流谐波含量，改善交流侧和直流侧电能质量的效果。本专利技术的一种计及电压不平衡的载波调制方法，包括：将直流分量注入至Vienna整流器的三相调制信号，得到直流补偿后的三相调制信号；根据Vienna整流器的三相输入电流的极性来判断扇区，并依据直流补偿后的三相调制信号与三相输入电流极性的一致性，判定当前扇区是否属于正常区间；在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量，以用于消除交流侧电流畸变；在正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入优化的零序分量，以抑制直流侧电压振荡；其中，直流分量由调节直流电压差值的控制器输出与直流母线电压不平衡系数之和构成；所述直流母线电压不平衡系数为正直流母线电压与负直流母线电压两者之差与两者之和的比值。进一步的，在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量的过程中，对于P类型不正常区间，对相同极性的调制波形补偿，补偿分量与钳位相补偿分量一致。进一步的，在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量的过程中，对于P类型不正常区间，对不同极性的调制波形补偿，补偿分量与钳位相补偿分量使用转换系数T1，其中，T1＝(1-k)/(1+k)，k为直流母线电压不平衡系数。进一步的，在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量的过程中，对于N类型不正常区间，对相同极性的调制波形补偿，补偿分量与钳位相补偿分量一致。进一步的，在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量的过程中，对于N类型不正常区间，对不同极性的调制波形补偿，补偿分量与钳位相补偿分量使用转换系数T2，其中，T2＝(1+k)/(1-k)，k为直流母线电压不平衡系数。进一步的，获取优化的零序分量的过程为：求取当前扇区的共同变量；将当前扇区的共同变量作为被除数，当前相输入电流信号的符号值与直流母线电压不平衡系数的相乘后累加1后作为除数，进而求商，得到优化的零序分量；其中，当前扇区的共同变量为一商值，其中，被除数为三相直流补偿后的调制信号与输入电流的绝对值乘积之和，除数为当前相输入电流信号的符号值与直流母线电压不平衡系数的相乘后与1的累加值。本专利技术还提供了一种计及电压不平衡的载波调制控制器。本专利技术的一种计及电压不平衡的载波调制控制器，所述计及电压不平衡的载波调制控制器被配置为运行上述所述的计及电压不平衡的载波调制方法。本专利技术还提供了一种计及电压不平衡的载波调制控制系统。本专利技术的一种计及电压不平衡的载波调制控制系统，包括上述所述的一种计及电压不平衡的载波调制控制器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的计及电压不平衡的载波调制方法，用于减少Vienna整流器直流电容，提高功率密度；在直流电压平衡与不平衡条件下，实现了Vienna整流器的交流侧电流低谐波运行，确保电网侧较低的谐波污染；(2)本专利技术的计及电压不平衡的载波调制方法在直流电压平衡与不平衡条件下，实现了Vienna整流器直流电压的振荡抑制，保障后级用电设备的电能质量；(3)本专利技术的计及电压不平衡的载波调制方法减小了中线电流的幅值，可有效降低直流电容的设计容量，大幅降低了Vienna整流器的体积与成本，提高了整流器的功率密度；(4)本专利技术的计及电压不平衡的载波调制方法易数字化实现，可推广应用于电池测试、分布式充电设施、新能源发电系统、微电网等领域。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是Vienna整流器应用于不平衡直流电压的典型拓扑图；图2是直流电压平衡状态下，直流分量注入后调制波形及不正常区间判断；图3是直流电压不平衡状态下，直流分量注入后调制波形及不正常区间判断；图4是直流电压平衡状态下，优化的零序分量与补偿分量注入后调制波形；图5是直流电压不平衡状态下(k属于0～1时)，优化的零序分量与补偿分量及注入后的调制波形；图6是直流电压不平衡状态下(k属于-1～0时)，优化的零序分量与补偿分量及注入后的调制波形；图7(a)是电压平衡状态下，仅在不正常区间注入补偿分量后，输入电流及直流电压振荡仿真波形；图7(b)是电压平衡状态下，在不正常区间注入补偿分量，在正常区间注入优化的零序分量后，输入电流及直流电压振荡仿真波形；图8(a)是电压不平衡状态下，仅在不正常区间注入补偿分量后，输入电流及直流电压振荡仿真波形；图8(b)是电压不平衡状态下，在不正常区间注入补偿分量，在正常区间注入优化的零序分量后，输入电流及直流电压振荡仿真波形；图9是本专利技术的减少Vienna整流器直流电容且计及电压不平衡的载波调制方法原理图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术提出三种分量注入的载波调制结构：1、直流分量注入，用于Vienna整流器中点电位控制；2、补偿分量注入，用于消除交流侧电流畸变；3、优化的零序分量注入，用于抑制直流电压振荡。所述载波调制方法适用调制于Vienna整流器。本专利技术的载波调制方法，先注入直流分量，后注入交流分量。其中，直流分量为测量的不平衡系数计算结果与调节直流电压差值的控制器(例如：PI控制器、PID控制器)输出相加；例如：PI控制器的作用是调节直流电压差值，如总母线700V，顶端与底端电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及电压不平衡的载波调制方法，其特征在于，包括：将直流分量注入至Vienna整流器的三相调制信号，得到直流补偿后的三相调制信号；根据Vienna整流器的三相输入电流的极性来判断扇区，并依据直流补偿后的三相调制信号与三相输入电流极性的一致性，判定当前扇区是否属于正常区间；在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量，以用于消除交流侧电流畸变；在正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入优化的零序分量，以抑制直流侧电压振荡；其中，直流分量由调节直流电压差值的控制器输出与直流母线电压不平衡系数之和构成；所述直流母线电压不平衡系数为正直流母线电压与负直流母线电压两者之差与两者之和的比值。

【技术特征摘要】
1.一种计及电压不平衡的载波调制方法，其特征在于，包括：将直流分量注入至Vienna整流器的三相调制信号，得到直流补偿后的三相调制信号；根据Vienna整流器的三相输入电流的极性来判断扇区，并依据直流补偿后的三相调制信号与三相输入电流极性的一致性，判定当前扇区是否属于正常区间；在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量，以用于消除交流侧电流畸变；在正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入优化的零序分量，以抑制直流侧电压振荡；其中，直流分量由调节直流电压差值的控制器输出与直流母线电压不平衡系数之和构成；所述直流母线电压不平衡系数为正直流母线电压与负直流母线电压两者之差与两者之和的比值。2.如权利要求1所述的一种计及电压不平衡的载波调制方法，其特征在于，在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量的过程中，对于P类型不正常区间，对相同极性的调制波形补偿，补偿分量与钳位相补偿分量一致。3.如权利要求1所述的一种计及电压不平衡的载波调制方法，其特征在于，在不正常区间内，向直流补偿后的三相调制信号注入补偿分量的过程中，对于P类型不正常区间，对不同极性的调制波形补偿，补偿分量与钳位相补偿分量使用转换系数T1，其中，T1＝(1-k)/(1+k)，k为直流母线电压不平衡系数。4.如权利要求1所述的一种计及电压不平衡的载波调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，丁文龙，段彬，邱涵，王涛，杨东江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37