一种三相-单相多电平变换器的协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相

【技术实现步骤摘要】
一种三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法


[0001]本专利技术属于电能质量
，尤其涉及一种三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法。

技术介绍

[0002]三相
‑
单相变换器输出侧为单相逆变器，单相变换器无论在整流或逆变状态，交流侧的电流均可以控制成为与电压同频率的正弦电流，从而使得变换系统具有非常高的功率因数。然而正弦波动的电流和电压会产生两倍频于电网电压频率的脉动功率，该脉动功率会在直流侧产生二次电压纹波。直流侧电压的二次纹波通过电压控制环向三相输入电流注入三次正序谐波和单次负序谐波，向单相输出电压注入三次谐波和单次谐波。现有抑制直流侧二次电压波动抑制方法主要有两类，一类是通过改进控制算法，防止二次纹波进入控制环路，抑制网侧低次谐波的产生；一类是通过增加硬件滤波电路，消除直流侧二次纹波，抑制网侧低次谐波的产生。
[0003]然而控制算法在目前的工程应用中很少采用，原因是控制算法不仅存在补偿精度问题，还会不同程度的导致电压环路的带宽变窄，降低控制环路的响应速度。同时，控制算法只能阻止直流侧产生的二次纹波进入控制环路，向前端交流输入侧引入其他次谐波，并不能直接抑制直流侧的二次波动电压，直流侧的二次波动电压依然存在。传统的硬件滤波采用大电容或LC谐振电路体积大、寿命短，影响系统可靠性，降低系统功率密度。有源功率解耦APD(active power decoupling)在滤除二次纹波的同时可以减少电感、电容、系统体积，降低成本并提高功率密度。
>[0004]现有的APD电路都应用在两电平电路中，然而在多电平变换器电路中，存在上下电压失衡的问题，需要加入电压均衡电路，均压方式存在软件均压和硬件均压两种方式，软件均压控制方法是通过调整冗余矢量的作用时间来抵消或者消除中点电位的偏移，实现中点电位的平衡，软件均压控制方法虽然能减小逆变器的体积，重量和成本，提高功率密度，但会使得控制算法变得复杂，较难实现，降低控制环路的响应速度。硬件均压主要存在电感均压和电容均压，由于电容元件电流可以突变，因此在实际使用中需要加入电阻元件限流，而加入限流电阻之后将造成变换器效率下降，因此在实际运用中，大多使用电感均压电路。
[0005]三相
‑
单相三电平变换器既需要电感均压电路和二次纹波抑制电路，增加了变换器的器件数量、体积、重量和成本。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种三相
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单相多电平变换器的协调控制方法解决了三相
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单相多电平变换器存在直流侧电压失衡和二次纹波，以及三相输入电流和单相逆变输出电压存在谐波的问题。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将三相整流器和单相逆变器通过可扩展对称半桥解耦电路连接，得到三相
‑
单相变换器；
[0009]S2、根据三相
‑
单相变换器，进行三相整流器的二次纹波抑制，得到二次波纹抑制信号；
[0010]S3、根据三相
‑
单相变换器，进行三相整流器的特征次电流谐波抑制，得到特征次电流谐波抑制信号；
[0011]S4、将二次波纹抑制信号和特征次电流谐波抑制信号相加，得到第三桥臂调制波；
[0012]S5、利用第三桥臂调制波控制三相整流器第三桥臂；
[0013]S6、根据三相
‑
单相变换器，进行单相逆变器的特征次电压谐波抑制，得到逆变器调制波，并基于逆变器调制波控制单相逆变器，完成三相
‑
单相多电平变换器的协调控制。
[0014]本专利技术的有益效果为：本专利技术能够有效抑制三相
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单相变换器直流母线电压的二次纹波和实现电容电压均衡，同时三相输入电流和单相输出电压具有良好的正弦性；仅在三相
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单相变换器直流侧支撑电容基础上，增量了滤波电感，与传统有源滤波和均压电路相比结构简单，器件数少，体积小，易于工程化应用。
[0015]进一步地，所述步骤S1中的可扩展对称半桥解耦电路具体为：对于n电平三相整流器，可扩展对称半桥解耦电路包括(n
‑
1)/2个对称半桥解耦电路；所述对称半桥解耦电路均包括设置在三相整流器和单相逆变器之间的两个直流侧支撑电容和第二直流侧支撑电容；所述两个直流侧支撑电容之间设置有滤波电感；所述滤波电感与三相整流器连接。
[0016]上述进一步方案的有益效果为：利用整流器第三桥臂的开关管来替代对称半桥型解耦电路开关管的作用，仅在三相
‑
单相变换器直流侧支撑电容基础上，增量了滤波电感，与传统有源滤波和均压电路相比结构简单，器件数少，体积小，易于工程化应用。
[0017]进一步地，所述步骤S2具体为：
[0018]S201、根据三相
‑
单相变换器，得到直流侧二次纹波电压；
[0019]S202、根据直流侧二次纹波电压，得到静止坐标系中的基本分量；
[0020]S203、根据静止坐标系中的基本分量，得到二次波纹抑制信号。
[0021]上述进一步方案的有益效果为：通过采集直流侧二次纹波电压和电感电流，控制三相整流器第三桥臂开关管的关断，使直流侧支撑电容电压交流分量互补，使直流侧无电压波动。将二次纹波抑制环路中的PR控制器输出作为二次波纹抑制信号，与三相整流器控制策略输出第三桥臂的特征次电流谐波抑制信号相加，最终生成第三桥臂调制波到三相整流器的第三桥臂，控制直流侧支撑电容电压交流分量互补，补偿二次功率，抑制直流侧二次纹波，最终使三相网侧电流和输出电压电能质量良好。
[0022]进一步地，所述步骤S201具体为：
[0023]S2011、根据三相
‑
单相变换器，获取直流电压和给定直流电压值；
[0024]S2012、根据直流电压和给定直流电压值，得到直流电压偏差值；
[0025]S2013、根据直流电压偏差值，利用二倍频的带通滤波器，得到直流侧二次纹波电压。
[0026]上述进一步方案的有益效果为：获取直流侧二次纹波电压，为静止坐标系中的基本分量获取做准备。
[0027]进一步地，所述步骤S202具体为：
[0028]S2021、根据三相
‑
单相变换器，获取输出电压；
[0029]S2022、根据输出电压，利用单相锁相环，得到输出侧相位；
[0030]S2023、将直流侧二次纹波电压移相1/4周期，设置延迟时间为2.5ms，得到虚拟控制变量；
[0031]S2024、根据虚拟控制变量、直流侧二次纹波电压和输出侧相位，利用变换矩阵，得到静止坐标系中的基本分量；所述变换矩阵的表达式为：
[0032][0033]其中，T
trans...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将三相整流器和单相逆变器通过可扩展对称半桥解耦电路连接，得到三相
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单相变换器；S2、根据三相
‑
单相变换器，进行三相整流器的二次纹波抑制，得到二次波纹抑制信号；S3、根据三相
‑
单相变换器，进行三相整流器的特征次电流谐波抑制，得到特征次电流谐波抑制信号；S4、将二次波纹抑制信号和特征次电流谐波抑制信号相加，得到第三桥臂调制波；S5、利用第三桥臂调制波控制三相整流器第三桥臂；S6、根据三相
‑
单相变换器，进行单相逆变器的特征次电压谐波抑制，得到逆变器调制波，并基于逆变器调制波控制单相逆变器，完成三相
‑
单相多电平变换器的协调控制。2.根据权利要求1所述三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的可扩展对称半桥解耦电路具体为：对于n电平三相整流器，可扩展对称半桥解耦电路包括(n
‑
1)/2个对称半桥解耦电路；所述对称半桥解耦电路均包括设置在三相整流器和单相逆变器之间的两个直流侧支撑电容和第二直流侧支撑电容；所述两个直流侧支撑电容之间设置有滤波电感；所述滤波电感与三相整流器连接。3.根据权利要求1所述三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：S201、根据三相
‑
单相变换器，得到直流侧二次纹波电压；S202、根据直流侧二次纹波电压，得到静止坐标系中的基本分量；S203、根据静止坐标系中的基本分量，得到二次波纹抑制信号。4.根据权利要求3所述三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S201具体为：S2011、根据三相
‑
单相变换器，获取直流电压和给定直流电压值；S2012、根据直流电压和给定直流电压值，得到直流电压偏差值；S2013、根据直流电压偏差值，利用二倍频的带通滤波器，得到直流侧二次纹波电压。5.根据权利要求3所述三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S202具体为：S2021、根据三相
‑
单相变换器，获取输出电压；S2022、根据输出电压，利用单相锁相环，得到输出侧相位；S2023、将直流侧二次纹波电压移相1/4周期，设置延迟时间为2.5ms，得到虚拟控制变量；S2024、根据虚拟控制变量、直流侧二次纹波电压和输出侧相位，利用变换矩阵，得到静止坐标系中的基本分量；所述变换矩阵的表达式为：其中，T
trans
为变换矩阵；ωt为输出侧相位；θ为滤波电感电流相角；ω为频率；t为时间。6.根据权利要求3所述三相
‑
单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S203具体为：S2031、根据静止坐标系中的基本分量，得到电感参考电流；
S2032、根据三相
‑
单相变换器，得到电感电流；S2033、根据电感电流和电感参考电流，得到电感电流偏差量；S2034、根据电感电流偏差量，利用PR控制器，得到二次波纹抑制信号。7.根据权利要求4所述三相
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单相多电平变换器的协调控制方法，其特征在于，步骤S3具体为：S301、根据直流电压偏差值，利用带阻滤波器和PI控制器对电压纹波进行抑制，得到d轴电流参考值：其中，i
sd*
为d轴电流参考值；为d轴参考电流直流量；S302、根据三相
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单相变换器和d轴电流参考值，进行三相整流器DQ解耦控制策略，得到三相整流器q轴电压调制信号和三相整流器DQ坐标系下的d轴电压直流量；S303、获取三相整流器d轴调制信号的二次波动量幅值和三相整流器d轴调制信号的二次波动量相位：其中，u
d2
为三相整流器d轴调制信号的二次波动量幅值；β为三相整流器d轴调制信号的二次波动量相位；m
s

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，曾理，王东，韩鹏程，林静英，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：