一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法技术

本发明专利技术公开了一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法，涉及新能源功率变换技术领域，利用五电平状态在分配到三电平状态过程中的自由度，不再局限于现有开关序列在一个开关周期内始终不变的分配方式，着眼于在每个五电平基本矢量的分配过程中都确保并联三电平变换器的三相状态差之和最小，一方面可以在开关周期内的每一段时间内，都确保最小的开关状态差，从而产生最小的并联环流；另一方面，最终合成的并联系统输出状态并未发生变化，因此可以确保更高的并联输出电能质量，且由于前后两半周期内采用对称的开关序列，以及相邻周期内也采用相互对称的开关序列，因此仍能保证环流平均值为零，从而确保并联变换器能够正常运行。运行。运行。

【技术实现步骤摘要】
一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法


[0001]本专利技术涉及新能源功率变换
，特别是涉及一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法。

技术介绍

[0002]为了满足风能和太阳能等新能源发电应用不断提升的功率等级需求，三电平拓扑和并联运行技术在新能源功率变换器中得到了广泛应用。
[0003]新能源功率变换应用往往存在多个方面的性能指标，需要统筹兼顾和利弊权衡，从而实现系统层面的最佳性能，对于并网变换器来说，交流侧的并网电能质量是最重要的系统指标之一，因此如何减小交流侧电流谐波成为应用和研究的热点。
[0004]对于并联运行的三电平变换器来说，减小交流侧电流谐波的经典做法是采用交错并联技术，所谓交错并联，就是在两台并联运行变换器各自的调制过程中，在载波上设置半个开关周期的相位差，从而使得两台变换器的输出谐波相互抵消一部分，进而提高并联输出的总体谐波水平。
[0005]但是，传统交错并联技术最大的缺点在于，载波相位差会导致在一个开关周期内的不同时刻，两台变换器的开关状态始终存在差值，进而导致并联变换器之间产生幅值很大的高频环流，一方面，这种高频环流是交错并联技术必然带来的结果，无法通过改变调制过程进行抑制；另一方面，高频环流会显著增加开关器件承受的应力水平，以及增大并联变换器内部的功率损耗。
[0006]为了解决这个问题，公开号为CN109713725B的中国专利公开了一种风电并网三电平变换器的并联控制方法，可将两台并联变换器视为一个总体的多电平系统进行分析和调制，与传统交错并联技术相比，该方法不仅进一步降低了交流输出谐波水平，而且还有效减小了调制过程中产生的高频环流幅值，为新能源并网应用提供了一种性能更佳的并联运行思路。
[0007]但是，这种方法所提出的状态分配原则具备较大的局限性，由此设计出来的开关序列无法灵活适应不同的变换器控制目标，特别是不能进一步减小环流，因此，本专利技术提出了一种新的状态分配原则及相应的开关序列设计方法，在保持交流侧输出谐波不变的前提下，能够进一步显著降低环流幅值。

技术实现思路

[0008]为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法，包括以下步骤
[0009]将并联的两台三电平变换器整体视为一个五电平系统，利用传统五电平空间矢量调制方法生成一个开关周期内与参考矢量相对应的五电平开关序列；
[0010]将开关序列中五电平状态分配至并联运行三电平变换器各自对应的三电平开关状态，采用如下分配原则：
[0011]将开关周期等分成前后两个部分，在前半部分，针对每一个五电平基本矢量，将其中数值为偶数的五电平状态平均分为两个三电平状态，
[0012]数值为偶数的五电平状态包括0、2和4，
[0013]数值为0的五电平状态平均分为两个数值为0的三电平状态，
[0014]数值为2的五电平状态平均分为两个数值为1的三电平状态，
[0015]数值为4的五电平状态平均分为两个数值为2的三电平状态；
[0016]针对每一个五电平基本矢量，将其中数值为奇数的五电平状态平均分为差值最小的两个三电平状态，
[0017]数值为奇数的五电平状态包括1和3，
[0018]数值为1的五电平状态分为数值分别为0和1的三电平状态，
[0019]数值为3的五电平状态分为数值分别为1和2的三电平状态；
[0020]在开关周期的后半部分，其开关序列与开关周期前半部分的开关序列设置为相互对称。
[0021]本专利技术进一步限定的技术方案是：
[0022]进一步的，当五电平基本矢量中数值为奇数的五电平状态有2个时，即有两个五电平状态1，或者两个五电平状态3，或者一个五电平状态1和一个五电平状态3，则其中任意两个奇数值五电平状态在分配为三电平状态时，三相状态差之和最小。
[0023]前所述的一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法，任意一开关周期的开关序列均与其相邻开关周期的开关序列设置为相互对称。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术中，基于分析并联三电平变换器的环流成因，推导出并联环流大小与三电平变换器所采用开关序列之间的密切关系，进而确定了现有开关序列分配方式在环流抑制方面的局限性；利用五电平状态在分配到三电平状态过程中的自由度，不再局限于现有开关序列在一个开关周期内始终不变的分配方式，着眼于在每个五电平基本矢量的分配过程中都确保并联三电平变换器的三相状态差之和最小，提出了一种逐矢量交替分配的开关序列构造方法；这种开关序列分配方式，一方面可以在开关周期内的每一段时间内，都确保最小的开关状态差，从而产生最小的并联环流；另一方面，最终合成的并联系统输出状态并未发生变化，因此可以确保更高的并联输出电能质量，且由于前后两半周期内采用对称的开关序列，以及相邻周期内也采用相互对称的开关序列，因此仍能保证环流平均值为零，从而确保并联变换器能够正常运行，所以本方法在三电平变换器并联应用中，能够有效减小并联环流大小，而且实际的输出电能质量也优于现有方法。
附图说明
[0026]图1为本专利技术并联三电平变换器的系统拓扑结构图；
[0027]图2为本专利技术调制比为0.2时原始开关序列和改进开关序列的电流和环流实验波形图；
[0028]图3为本专利技术调制比为0.4时原始开关序列和改进开关序列的电流和环流实验波形图；
[0029]图4为本专利技术调制比为0.6时原始开关序列和改进开关序列的电流和环流实验波
形图；
[0030]图5为本专利技术调制比为0.8时原始开关序列和改进开关序列的电流和环流实验波形图；
[0031]图6为本专利技术原始开关序列和改进开关序列的零序环流对比图；
[0032]图7为本专利技术I扇区2小区原始开关序列零序环流示意图；
[0033]图8为本专利技术I扇区2小区改进开关序列零序环流示意图；
[0034]图9为本专利技术不同开关序列对应的零序环流示意图。
具体实施方式
[0035]在并联运行的三电平变换器系统中，定义开关函数表示变换器模块k的j相桥臂开关状态，其中k∈{1,2}，j∈{a,b,c}，，开关函数取值
‑
1、0、1时分别对应桥臂的负、零、正电平输出，变换器模块k的三相桥臂输出电压可以用开关函数表示为：
[0036][0037]其中，V
dc
表示直流母线电压，V
Nk
表示模块k的直流母线上下电容电压之差，V
Nk
＝V
uk
‑
V
dk
。
[0038]由式(1)可得
[0039][0040]将式(2)中的k分别取值1和2，并进行相减，并考虑并联模块中点之间的电压差，可得系统零序环流激励电压表达式为
[0041][0042]由式(3)可知，并联系统的零序环流激励电压可分为三个部分，第一部分是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联三电平变换器环流抑制型开关序列设计方法，其特征在于：包括以下步骤将并联的两台三电平变换器整体视为一个五电平系统，利用传统五电平空间矢量调制方法生成一个开关周期内与参考矢量相对应的五电平开关序列；将开关序列中五电平状态分配至并联运行三电平变换器各自对应的三电平开关状态，采用如下分配原则：将开关周期等分成前后两个部分，在前半部分，针对每一个五电平基本矢量，将其中数值为偶数的五电平状态平均分为两个三电平状态，数值为偶数的五电平状态包括0、2和4，数值为0的五电平状态平均分为两个数值为0的三电平状态，数值为2的五电平状态平均分为两个数值为1的三电平状态，数值为4的五电平状态平均分为两个数值为2的三电平状态；针对每一个五电平基本矢量，将其中数值为奇数的五电平状态平均分为差值最小的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟伟，葛学健，郭春平，花国祥，
申请(专利权)人：无锡学院，
类型：发明
国别省市：