模块化海底电源电容电压纹波抑制方法、系统及控制器技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化海底电源电容电压纹波抑制方法、系统及控制器，将模块化海底电源的每一相桥臂作为目标对象，根据上桥臂和下桥臂关于交流侧电流并联分流的原理，结合上桥臂和下桥臂等效电容值，提取用于抑制电容电压纹波分量的环流指令值，并获得上桥臂和下桥臂的调制信号，并最终确定上桥臂和下桥臂投入子模块，以在满足直流侧电压输入、交流侧电压输出需要的前提下，实现对电容电压的纹波抑制。本发明专利技术解决了电容电压纹波降低模块化海底电源内部能量稳定性以及升高电源交流侧输出电压谐波畸变率的问题。

【技术实现步骤摘要】
模块化海底电源电容电压纹波抑制方法、系统及控制器
本专利技术涉及模块化海底电源控制领域，特别是一种模块化海底电源电容电压纹波抑制方法、系统及控制器。
技术介绍
模块化海底电源(以下简称“海底电源”)输出波形的正弦特性由调制信号和调制策略决定，调制信号主要由控制方法决定，与控制系统对指令信号的跟踪效果相关，因此，调制信号产生是模块化海底电源控制过程中的关键技术。对于模块化海底电源，子模块电容电压纹波经调制会在交流侧输出电压中激发出谐波分量，研究模块化海底电源电容电压纹波抑制方法，对降低电源交流侧输出谐波含量，改善电源的运行性能等方面意义重大。由于模块化多电平结构的复杂性和对称性，其输入、输出之间的耦合关系的分析也较为复杂，对电容电压波动、子模块电压平衡等问题研究提出较大挑战。现有研究通过直接分析子模块电容电压纹波所包含的谐波分量，采用谐波环流控制方法有效降低电容电压纹波幅值，这种方法从谐波抑制的角度对电容电压纹波进行抑制，但谐波环流无法直接反映电容电压纹波特性，亟需探索一种利用电容电压特性分析推导得到环流指令的控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种模块化海底电源电容电压纹波抑制方法、系统及控制器，显著降低电容电压纹波幅值，实现对电容电压的纹波抑制。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种模块化海底电源电容电压纹波抑制方法、系统及控制器，将海底电源的任一相桥臂作为目标对象，该目标对象的电容电压波纹抑制方法包括以下步骤：S1、计算用于满足直流侧电压输入和交流侧电压输出需要的上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj，其中，j表示模块化海底电源的任意一相，j＝a,b；S2、根据上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj，计算用于抑制电容电压纹波的注入环流指令计算电容电压纹波抑制信号urip_j；S3、根据上桥臂调制信号理论值ur_pj、下桥臂调制信号理论值ur_nj和电容电压纹波抑制信号urip_j确定上桥臂最终调制信号upj和下桥臂最终调制信号unj；upj＝ur_pj-urip_j；unj＝ur_nj-urip_j；S4、根据上桥臂最终调制信号upj和下桥臂最终调制信号unj确定上桥臂最终投入子模块数Npj和下桥臂最终投入子模块数Nnj；Npj＝upjN；Nnj＝unjN；N表示上桥臂级联子模块数、下桥臂级联子模块数；S5、根据上桥臂最终投入子模块数Npj和下桥臂最终投入子模块数Nnj确定上桥臂最终投入子模块和下桥臂最终投入子模块。本专利技术将所述模块化海底电源的每一相桥臂作为目标对象，根据上桥臂和下桥臂关于交流侧电流并联分流的原理，结合上桥臂等效电容值和下桥臂等效电容值，提取用于抑制电容电压纹波分量的环流指令值，并获得上桥臂调制信号和下桥臂调制信号，并最终确定上桥臂的投入子模块和下桥臂的投入子模块，以在满足直流侧电压输入、交流侧电压输出需要的前提下，实现对电容电压的纹波抑制。不考虑环流抑制，利用下式计算上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj：其中，Udc为模块化海底电源每一相桥臂直流侧输入电压，uo＝Udcmosin(ωot+δo)为交流侧输出电压，mo为交流侧输出调制度，ωo为交流侧输出电压角频率，δo为交流侧输出电压初相位。本专利技术在不考虑环流控制的情况下，确定上桥臂调制信号理论值和下桥臂调制信号理论值，以满足直流侧电压输入、交流侧电压输出需求。用于抑制电容电压纹波的注入环流指令的计算公式为：其中，Nr_nj＝ur_njN；Nr_pj＝ur_pjN；C为每个子模块电容值。本专利技术通过上述计算式确定用于抑制电容电压纹波的注入环流指令进一步实现对电容电压纹波的有效抑制，计算过程简单，容易实现。计算电容电压纹波抑制信号urip_j的具体实现过程包括：1)采集上桥臂电流ipj和下桥臂电流inj；2)根据下式确定环流真实值izj：3)将环流真实值与用于抑制电容电压纹波的环流指令的差值进行环流误差消除操作，得到电容电压纹波抑制信号urip_j。通过提取电容电压纹波抑制信号，以实现对子模块电容电压纹波的有效抑制。S5的具体实现过程包括：1)针对单个桥臂，采集该桥臂所有子模块电容电压，并依据电容电压值由小到大的排序原则，对子模块进行排序，电容电压小的子模块对应的排序序号小；2)根据该桥臂的桥臂电流充放电方向，结合子模块排序结果，确定最终投入的目标子模块：当桥臂电流为正时，从序号最小的子模块开始依次选择投入的子模块；当桥臂电流为负时，从序号最大的子模块开始依次选择投入的子模块。本专利技术确定上桥臂最终的投入子模块和下桥臂最终的投入子模块，在满足直流侧电压输入、交流侧电压输出需要和实现电容电压纹波抑制的前提下，实现子模块电容电压的平衡控制。本专利技术还提供了一种控制器，其被配置或编程为用于执行本专利技术所述方法的步骤。一种模块化海底电源电容电压纹波抑制系统，其包括上述控制器；所述控制器与采集模块通信。所述采集模块包括用于采集桥臂子模块电容电压的电压传感器和用于采集桥臂电流的电流传感器。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：1)本专利技术根据模块化海底电源桥臂电压和桥臂电流的表达式，推导得到桥臂能量波动与子模块电容电压纹波之间的关系，进而得到电容电压纹波对海底电源交流侧输出谐波的影响机制，可得到结论：对子模块电容电压纹波进行有效抑制，即可有效降低海底电源输出谐波，优化电源交流侧输出电流谐波特性，提高波形质量。2)针对模块化海底电源，本专利技术的电容电压纹波抑制方法在提高海底电源输出电压和电流谐波特性的同时，有效降低子模块电容电压波动，为提升海底电源功率密度提供理论依据。3)本专利技术的方法可以有效抑制电容电压波纹，从而解决了电容电压纹波降低模块化海底电源内部能量稳定性以及升高电源交流侧输出电压谐波畸变率的问题。附图说明图1是用于本专利技术使用的模块化海底电源拓扑结构图；图2(a)是本专利技术一实施例传统谐波环流抑制策略对应的子模块电容电压纹波率与调制度和交流侧输出电流初相角关系图，图2(b)是本专利技术一实施例所述基于并联分流原理的模块化海底电源电容电压纹波抑制方法对应的子模块电容电压纹波率与调制度和交流侧输出电流初相角关系图；图3(a)是本专利技术一实施例恒频工况下传统谐波环流抑制策略的实验波形图，图3(b)是本专利技术一实施例恒频工况下所述基于并联分流原理的模块化海底电源电容电压纹波抑制方法的实验波形图。具体实施方式本专利技术实施例包括以下步骤：S1、不考虑环流抑制，提取用于满足直流侧电压输入和交流侧电压输出需要的上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj，其中，j表示任意一相，j＝a,b；S2、根据上桥臂调制信号理论值ur_p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化海底电源电容电压纹波抑制方法，模块化海底电源为模块化多电平结构，将模块化海底电源的任一相桥臂作为目标对象，其特征在于，模块化海底电源所述目标对象的电容电压波纹抑制方法包括以下步骤：/nS1、计算用于满足直流侧电压输入和交流侧电压输出需要的上桥臂调制信号理论值u

【技术特征摘要】
1.一种模块化海底电源电容电压纹波抑制方法，模块化海底电源为模块化多电平结构，将模块化海底电源的任一相桥臂作为目标对象，其特征在于，模块化海底电源所述目标对象的电容电压波纹抑制方法包括以下步骤：
S1、计算用于满足直流侧电压输入和交流侧电压输出需要的上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj，其中，j表示模块化海底电源的任意一相，j＝a,b；
S2、根据上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj，计算用于抑制电容电压纹波的注入环流指令计算电容电压纹波抑制信号urip_j；
S3、根据上桥臂调制信号理论值ur_pj、下桥臂调制信号理论值ur_nj和电容电压纹波抑制信号urip_j确定上桥臂最终调制信号upj和下桥臂最终调制信号unj；upj＝ur_pj-urip_j；unj＝ur_nj-urip_j；
S4、根据上桥臂最终调制信号upj和下桥臂最终调制信号unj确定上桥臂最终投入子模块数Npj和下桥臂最终投入子模块数Nnj；Npj＝upjN；Nnj＝unjN；N表示上桥臂级联子模块数或者下桥臂级联子模块数；
S5、根据上桥臂最终投入子模块数Npj和下桥臂最终投入子模块数Nnj确定上桥臂最终投入子模块和下桥臂最终投入子模块。


2.根据权利要求1所述的模块化海底电源电容电压纹波抑制方法，其特征在于，不考虑环流抑制，利用下式计算上桥臂调制信号理论值ur_pj和下桥臂调制信号理论值ur_nj：






其中，Udc为模块化海底电源每一相桥臂直流侧输入电压，uo＝Udcmosin(ωot+δo)为交流侧输出电压，mo为交流侧输出调制度，ωo为交流侧输出电压角频率，δo为交流侧输出电压初相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳雨霏，杨禧，唐欣，王文，江洪伟，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43