專利名稱：一種級(jí)聯(lián)型h橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓大功率電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及級(jí)聯(lián)型H橋變換器的直流側(cè)電壓平衡以及功率均衡控制方法。
背景技術(shù)：
級(jí)聯(lián)型H橋變換器屬于多電平技術(shù)，與鉗位二極管或是鉗位電容式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，模塊化程度高、擴(kuò)展性強(qiáng)，更適合于高壓大功率場(chǎng)合，近年來在高壓變頻器、靜止同步補(bǔ)償器、電力電子變壓器和光伏并網(wǎng)逆變器等眾多高壓大功率場(chǎng)合獲得了廣泛的應(yīng)用。級(jí)聯(lián)型H橋變換器可分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型兩種，高壓變頻器便屬于離網(wǎng)型應(yīng)用范圍，其直流側(cè)電壓依靠N個(gè)獨(dú)立的直流源提供電能，交流側(cè)常用來驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)、高壓水泵等設(shè)備；有源濾波器、靜止同步補(bǔ)償器、電力電子變壓器等屬于典型的并網(wǎng)型應(yīng)用，其交流側(cè)經(jīng)電感后直接與電網(wǎng)連接，各H橋直流側(cè)電壓主要依靠與電網(wǎng)之間的功率交換建立。因此，若各H橋存在參數(shù)差異，或者各直流側(cè)負(fù)載存在不平衡時(shí)，依靠傳統(tǒng)的控制方法無法達(dá)到直流電壓平衡的目的。中國(guó)專利CN1514525通過附加裝置對(duì)級(jí)聯(lián)H橋之間進(jìn)行有功功率交換，從而實(shí)現(xiàn)電容電壓的平衡控制，但這種方法需要增加額外的裝置，增加了成本費(fèi)用；中國(guó)專利 CN1933274和美國(guó)發(fā)明專利US6075350都提出了不增加附加裝置的電容電壓平衡方法，但他們的本質(zhì)都是基于各H橋流經(jīng)有功功率的變化及差異得到各H橋的調(diào)制波變化量，疊加到初始調(diào)制波上后形成各H橋的實(shí)際調(diào)制波；中國(guó)專利CN101599708為級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的功率平衡方法，但它所指的功率平衡僅僅是有功功率按需分配，實(shí)際上就只是電壓平衡問題；這種情況下，各H橋的調(diào)制波矢量?jī)H調(diào)制比(調(diào)制波矢量幅值)發(fā)生了變化，而相位仍然保持一致。它們均以電壓平衡為控制目標(biāo)，僅僅實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓的平衡，即有功功率按需分配，然而這直接改變了各H橋的無功功率，使得各H橋分擔(dān)的無功功率各不相同， 造成各直流側(cè)電壓紋波差異大，嚴(yán)重影響著直流側(cè)電容的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種級(jí)聯(lián)型H橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法，無需增加額外設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓平衡、電壓紋波一致，同時(shí)使得有功功率按需分配，無功功率等量分配。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種級(jí)聯(lián)型H橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法，包括如下步驟(1)雙閉環(huán)控制，用于給各H橋提供相同的調(diào)制波矢量；⑵電壓平衡控制；⑶功率均衡控制；所述電壓平衡控制和功率均衡控制分別對(duì)調(diào)制波矢量進(jìn)行改進(jìn)，得到重構(gòu)后的調(diào)制波矢量作為各H橋的調(diào)制信號(hào)。所述電壓平衡控制可包括如下步驟(1)將各H橋直流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓均值進(jìn)行比較后，進(jìn)行比例積分控制，得到各H橋調(diào)制比修正系數(shù)；
(2)將各H橋調(diào)制比修正系數(shù)分別與常數(shù)1相加，并乘以雙閉環(huán)控制得到的初始調(diào)制波矢量，得到第一調(diào)制波矢量分量。所述功率均衡控制包括如下步驟(1)計(jì)算雙閉環(huán)控制得到的初始調(diào)制波矢量的幅值得到初始調(diào)制比；(2)通過鎖相環(huán)得到網(wǎng)側(cè)電流矢量和初始調(diào)制波矢量之間的相位差於并計(jì)算得到 si—值；(3)將各H橋調(diào)制比修正系數(shù)、Sinp值和初始調(diào)制比的乘積，再乘以滯后網(wǎng)側(cè)電流
矢量90度的單位矢量，得到第二調(diào)制波矢量分量；(4)分別將各H橋的第一調(diào)制波矢量分量與第二調(diào)制波矢量分量相減，得到各H橋的重構(gòu)后的調(diào)制波矢量。有益效果(1)具體實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，無需配置額外復(fù)雜的功率平衡電路，只需一些低成本的信號(hào)傳感器與數(shù)字芯片等；(2)不僅使得各個(gè)H橋直流側(cè)電壓能夠平衡，同時(shí)使得電壓紋波能夠趨于一致；(3)在有功功率按需分配的基礎(chǔ)上使得無功功率等量分配，避免了因無功功率分配不一致而引起的電容損壞；(4)該方法具有更寬的約束范圍，線性調(diào)制區(qū)更大，更適用于各H橋直流側(cè)負(fù)載不平衡度較大的場(chǎng)合。


圖1為級(jí)聯(lián)型H橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為基于重構(gòu)調(diào)制波技術(shù)的電壓平衡和功率均衡穩(wěn)態(tài)矢量圖；圖3為級(jí)聯(lián)型H橋變換器電壓平衡和功率均衡控制方法原理圖；圖4為采用中國(guó)專利CN101599708的控制方法得到的波形圖，圖4(a)為各直流側(cè)電壓(用Ud。表示)波形圖，圖4(b)為各H橋流經(jīng)無功功率(用％表示)波形圖；圖5為采用本發(fā)明中控制方法得到的波形圖，圖5(a)為各直流側(cè)電壓(用Ud。表示)波形圖，圖5(b)為各H橋流經(jīng)無功功率(用％表示)波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明主要用于級(jí)聯(lián)H橋變換器的并網(wǎng)控制，在靜止無功補(bǔ)償器、電力電子變壓器等場(chǎng)合應(yīng)用廣泛，現(xiàn)以電力電子變壓器工況為例說明本發(fā)明。圖1所示為級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用&來等效級(jí)聯(lián)H橋各直流側(cè)負(fù)載，R=-時(shí)為靜止同步補(bǔ)償器工況。根據(jù)此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可得網(wǎng)側(cè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行矢量圖如圖2所示。根據(jù)H橋線性調(diào)制理論可得Um = UdciDi(1)式(1)中，Udcd表示各H橋直流側(cè)電壓,Di為各H橋的調(diào)制波矢量(即權(quán)利要求書和說明書發(fā)明內(nèi)容所述的“第一調(diào)制波矢量分量”)；Uai表示各H橋交流側(cè)電壓。
因此，為保證直流側(cè)電壓平衡，即Udel = Udc2 = ... = Udcn,在各H橋參數(shù)不一致或是直流側(cè)負(fù)載不一致的情況下，用相同的初始調(diào)制波矢量D無法滿足式(1)。圖2中，因Udci保持一致，故^li可用Di等效。調(diào)制波矢量在網(wǎng)側(cè)電流方向上分量可表示為有功功率P ；在電流垂直方向上的分量可表示為無功功率Q。由圖可知，直接修改調(diào)制比的方法既改變了有功功率，同時(shí)也改變了無功功率。本發(fā)明引入了調(diào)制波矢量誤差分量ADi(即權(quán)利要求書和說明書發(fā)明內(nèi)容所述的 “第二調(diào)制波矢量分量”)，該分量與網(wǎng)側(cè)電流矢量h垂直，其大小與各H橋的無功功率偏差有關(guān)。將該誤差分量ADi與修改調(diào)制比后的調(diào)制波矢量Di進(jìn)行疊加得到重構(gòu)后的調(diào)制波矢量，如式(2)所示。
權(quán)利要求
1.一種級(jí)聯(lián)型H橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法，其特征在于，包括如下步驟⑴雙閉環(huán)控制，用于給各H橋提供相同的調(diào)制波矢量；(2)電壓平衡控制；(3)功率均衡控制；所述電壓平衡控制和功率均衡控制分別對(duì)調(diào)制波矢量進(jìn)行改進(jìn)，得到重構(gòu)后的調(diào)制波矢量作為各H橋的調(diào)制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種級(jí)聯(lián)型H橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法，其特征在于，所述電壓平衡控制包括如下步驟(1)將各H橋直流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓均值進(jìn)行比較后，進(jìn)行比例積分控制，得到各H 橋調(diào)制比修正系數(shù)；(2)將各H橋調(diào)制比修正系數(shù)分別與常數(shù)1相加，并乘以雙閉環(huán)控制得到的初始調(diào)制波矢量，得到第一調(diào)制波矢量分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種級(jí)聯(lián)型H橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法，其特征在于，所述功率均衡控制包括如下步驟(1)計(jì)算雙閉環(huán)控制得到的初始調(diào)制波矢量的幅值得到初始調(diào)制比；(2)通過鎖相環(huán)得到網(wǎng)側(cè)電流矢量和初始調(diào)制波矢量之間的相位差於并計(jì)算得到si—值；(3)將各H橋調(diào)制比修正系數(shù)、si—值和初始調(diào)制比的乘積，再乘以滯后網(wǎng)側(cè)電流矢量 90度的單位矢量，得到第二調(diào)制波矢量分量；(4)分別將各H橋的第一調(diào)制波矢量分量與第二調(diào)制波矢量分量相減，得到各H橋的重構(gòu)后的調(diào)制波矢量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種級(jí)聯(lián)型H橋變換器的電壓平衡和功率均衡控制方法，包括如下步驟(1)雙閉環(huán)控制，用于給各H橋提供相同的調(diào)制波矢量；(2)電壓平衡控制；(3)功率均衡控制；所述電壓平衡控制和功率均衡控制分別對(duì)調(diào)制波矢量進(jìn)行改進(jìn)，得到重構(gòu)調(diào)制波矢量作為各H橋的調(diào)制信號(hào)。本發(fā)明無需增加額外電路，且與直接修改調(diào)制比的方法相比，該方法不僅使得各H橋直流側(cè)電壓保持平衡，電壓紋波基本一致，而且使得各H橋流經(jīng)有功功率按需分配，無功功率等量分配，同時(shí)該方法具有更寬的約束范圍，適用于更大負(fù)載不平衡度的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M7/217GK102522906SQ20111043426
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者于鵬, 孫毅超, 季振東, 趙劍鋒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)