【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统，具体涉及面向三电平容错的电压纹波抑制电路、控制装置及其方法。
技术介绍
1、相比于两电平变换器，三电平变换器在输出电能质量，电磁干扰，功率损耗等性能指标上更具优势。因此，在高质量、高效率的低中压电力转换控制场景中应用广泛。然而，电力电子开关是此类设备最为脆弱的部件，其开路故障会极大影响设备的可靠性。面向三电平变换器的容错控制策略有效解决了此类问题，它可以有效弥补开路故障失效器件功能，避免系统二次故障，保障系统不间断运行，减小系统停机所带来的经济损失。
2、虽然三电平容错控制策略能够在一定程度上保障系统的持续稳定运行，但三电平容错运行下其分裂电容上会存在低频纹波。较大的电压纹波导致开关电压应力增加，输出电压/电流谐波增加，设备转换效率降低，甚至过调制。为此，三电平电压纹波抑制单元被提出用于改善直流侧电压质量。与此同时，对应的控制方法还包括基准前馈控制，单周期控制，多比例谐振控制与同步旋转坐标系分频控制等方案。但是，这些控制方法的实施需要电压纹波抑制单元配置电感电流采样电路，从而增加了控制的成本。相比较，基于输出阻抗重塑的控制方法无需配置额外采样电路，降低了电压纹波单元的应用成本，但其控制参数整定流程复杂，容易受系统参数变化的干扰。
3、综上，为兼顾算法实施简易性与成本，亟需研究一种新型的面向三电平变换器容错运行的电压纹波抑制单元控制方法，这对于提高三电平纹波抑制单元的应用价值具有重要意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了面
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、面向三电平容错的电压纹波抑制电路，包括：开关管、开关管和电感；
4、开关管的集电极和开关管的发射极分别连接直流电源的正负极，开关管的发射极与开关管的集电极相连并引出端口连接电感的m端，电感的o端与三电平变换器相连。
5、面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制装置，包括采样单元、直流侧分裂电容、滤波单元、误差计算单元、电压调节器、电流内环占空比计算单元、比较单元、脉宽调制单元和电压纹波抑制电路；
6、直流侧分裂电容包括电容和电容，其中，电容的正极与开关管的集电极相连，电容的负极与开关管的发射极相连，电容的负极和电容的正极均连接于电感的o端；
7、采样单元分别与三电平变换器、电容、电容、滤波单元、误差计算单元相连，用于采集三电平变换器的中线电流、电容的电压与电容的电压；
8、滤波单元用于对中线电流进行滤波得到低频分量；
9、误差计算单元还与电压调节器相连，用于获取电压和电压的差值作为误差信号，并将误差信号发送至电压调节器；
10、电压调节器用于获取电压外环输出第一占空比信号；
11、电流内环占空比计算单元与滤波单元相连，用于根据电流的正负，计算电流内环第二占空比信号；
12、比较单元分别与电压调节器和电流内环占空比计算单元相连，用于将与之和作为总调制占空比信号，并将总调制占空比信号与三角载波进行比较；
13、脉宽调制单元分别与比较单元和电压纹波抑制电路相连，用于根据比较单元所获得的比较结果，得到控制电压纹波抑制电路中开关管与开关管的控制信号。
14、面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，包括以下步骤：
15、s1.采集三电平变换器的中线电流、电容的电压与电容的电压；
16、s2.获得中线电流中的低频分量；
17、s3.获取电压和电压的差值作为误差信号，并将误差信号作为电压调节器输入信号，得到电压外环输出第一占空比信号；
18、s4.根据电流的正负，计算电流内环第二占空比信号；
19、s5.将与之和作为总调制占空比信号，并将总调制占空比信号与三角载波进行比较，通过脉宽调制得到电压纹波单元开关与控制信号。
20、优选的，s3的具体内容包括：
21、电压外环输出第一占空比信号为：
22、(1)
23、其中，为电压调节器的电压调节环节，，为比例系数，为积分系数，为拉普拉斯算子。
24、优选的，s4的具体内容包括：
25、 (2)
26、其中，为开关周期。
27、优选的，s5的具体内容包括：
28、若，将与三角载波比较，并通过脉宽调制得到开关管脉冲控制信号，闭锁开关；
29、若，将与三角载波比较，并通过脉宽调制得到开关管脉冲控制信号，闭锁开关。
30、优选的，将与三角载波比较，并通过脉宽调制得到开关管或脉冲控制信号的具体内容包括：
31、在一个开关周期内，当大于三角载波时，则脉冲控制信号为高电平，否则输出低电平。
32、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了面向三电平容错的电压纹波抑制电路、控制装置及其方法，具有以下有益效果：
33、一方面，本专利技术所公开的电压纹波抑制电路的控制装置及其方法，揭示了装置工作于断续导通模式下，占空比与控制电流之间的数学关系，因此可以使用电流开环控制。所提方案仅通过电压闭环与电流开环控制即可实现电压纹波的抑制，由于断续导通模式下，电感值可设计较小，因此本专利技术能够有效降低电压纹波抑制电路中的电感设计值；并且传统电流闭环控制需要采集电感电流，而本专利技术中的电流开环控制不需要进行这一步骤，也就是说本专利技术能够摒除电感电流采样电路，使电压纹波抑制电路成为严格意义上的即插即用式轻量化小型化独立模块，并具备体积小、成本低、便携性强等优势；另一方面，本专利技术固定了电压纹波抑制单元开关频率，同时使电感电流处于断续导通模式，有利于减小开关损耗，提高电压纹波抑制单元功率密度。
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1.面向三电平容错的电压纹波抑制电路，其特征在于，包括：开关管、开关管和电感；
2.面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制装置，基于权利要求1所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路，其特征在于，包括采样单元、直流侧分裂电容、滤波单元、误差计算单元、电压调节器、电流内环占空比计算单元、比较单元、脉宽调制单元和电压纹波抑制电路；
3.面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，基于权利要求2所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制装置，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，其特征在于，S3的具体内容包括：
5.根据权利要求3所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，其特征在于，S4的具体内容包括：
6.根据权利要求3所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，其特征在于，S5的具体内容包括：
7.根据权利要求6所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，其特征在于，将与三角载波比较，并通过脉宽调制得到开关管或脉冲控制信号的具体内容包括：
【技术特征摘要】
1.面向三电平容错的电压纹波抑制电路，其特征在于，包括：开关管、开关管和电感；
2.面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制装置，基于权利要求1所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路，其特征在于，包括采样单元、直流侧分裂电容、滤波单元、误差计算单元、电压调节器、电流内环占空比计算单元、比较单元、脉宽调制单元和电压纹波抑制电路；
3.面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制方法，基于权利要求2所述的面向三电平容错的电压纹波抑制电路控制装置，其特征在于，包括以下步骤：
...【专利技术属性】
技术研发人员：彭星，涂春鸣，肖凡，郭祺，蒋毅，王鑫，侯玉超，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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