專利名稱：一種y型連接串聯(lián)h橋多電平并網(wǎng)逆變器直流母線電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量和多電平研究領(lǐng)域，特別涉及Y型連接拓?fù)渲腥嗄妇€間的均壓控制方法，具體地說(shuō)是通過(guò)向拓?fù)渲凶⑷肓阈螂妷簛?lái)實(shí)現(xiàn)三相直流母線間的均衡。
背景技術(shù)：
電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中具有十分廣闊的應(yīng)用前景，其典型應(yīng)用有靜止無(wú)功發(fā)
生器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、靜止電壓補(bǔ)償器、靜止相位補(bǔ)償器、功率流控制器、有源電力濾波器和高頻整流器等[1]。這些典型應(yīng)用的核心部分是并網(wǎng)逆變器。隨著社會(huì)的發(fā)展，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸朝中高壓領(lǐng)域發(fā)展，所以對(duì)中、高壓大容量并網(wǎng)逆變器的需求逐年增加，如對(duì)中高壓電網(wǎng)功率和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、功率流控制器，以及為解決電網(wǎng)無(wú)功與諧波污染而大量應(yīng)用的中高壓靜止無(wú)功發(fā)生器和電力有源濾波器。由于電壓電流等級(jí)的提高，如果在這些高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)合中采用傳統(tǒng)兩電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則會(huì)出現(xiàn)逆變器拓?fù)渲兄饕拈_(kāi)關(guān)器件耐壓值不夠高，與電力系統(tǒng)中高壓范圍不能直接匹配。一般來(lái)講，在高壓供電而功率器件耐壓能力有限的情況下，可采用功率器件串聯(lián)的方法來(lái)解決。但器件在串聯(lián)使用時(shí)，存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓等一系列問(wèn)題。多電平變換器的概念最早是由Nabae等人于80年代初提出。隨著GTO、IGBT和IGCT等大功率可控器件容量等級(jí)的不斷提高，以及以DSP為代表的控制芯片的迅速普及，多電平變換器的研究和應(yīng)用有了迅猛的發(fā)展。多電平變換器技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如減少了器件的電壓應(yīng)力，勿須考慮器件串聯(lián)帶來(lái)的均壓?jiǎn)栴}，改善輸出電壓的頻譜特性，減少了dv / dt和di / dt引起的電磁干擾等，已成為電力電子學(xué)中，以高壓大功率變換為研究對(duì)象的一個(gè)新的研究領(lǐng)域m]。在靜止無(wú)功發(fā)生器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、有源電力濾波器等很多串聯(lián)H橋多電平并網(wǎng)逆變器的應(yīng)用中，多個(gè)H橋模塊串聯(lián)后經(jīng)連接電抗器接入電網(wǎng)。因?yàn)镠橋模塊可以從電網(wǎng)吸收能量補(bǔ)償自身?yè)p耗，所以直流側(cè)只需并聯(lián)電容器，不用加獨(dú)立的直流電壓源U446]目前國(guó)內(nèi)外專家對(duì)各種拓?fù)涠嚯娖讲⒕W(wǎng)逆變器進(jìn)行研究，提出了具有應(yīng)用價(jià)值的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略。但是如何控制各個(gè)H橋模塊吸收的功率，使各自直流側(cè)電壓穩(wěn)定在給定值是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。由于各個(gè)模塊損耗的差異性和三相功率的不平衡性，如果不加以控制H橋模塊的直流側(cè)電壓會(huì)嚴(yán)重偏離指令值。直流電壓高于給定值的模塊超額工作，開(kāi)關(guān)器件存在過(guò)壓損壞的危險(xiǎn)；而直流電壓偏離給定值低的模塊又欠額工作。因此需要一種合理的多電平調(diào)制策略對(duì)各個(gè)H橋模塊分配合理的指令電壓，保持各個(gè)H橋模塊功率平衡，確保裝置的安全可靠運(yùn)行。針對(duì)普通串聯(lián)H橋均壓?jiǎn)栴}，現(xiàn)有文獻(xiàn)已經(jīng)給出很多解決方案。如采用額外硬件電路控制的交流母線均壓法和直流母線均壓法，采用算法控制的脈沖循環(huán)換位法、交流輸出電壓調(diào)幅法和交流輸出電壓相移法。三角形連接串聯(lián)H橋拓?fù)涞闹绷鱾?cè)電壓均衡問(wèn)題已經(jīng)得到了很好的解決，但是針對(duì)Y型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)尚未看到有文獻(xiàn)提出很好的方法對(duì)三相及各個(gè)H橋模塊直流側(cè)電壓進(jìn)行控制，并且對(duì)不平衡負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)序電流進(jìn)行補(bǔ)償。本文提出了一種Y型串聯(lián)H橋多電平并網(wǎng)逆變器直流母線電壓控制方法，利用零序電壓在三相有功功率分配的積極作用來(lái)實(shí)現(xiàn)三相間直流母線的均衡，并且通過(guò)微調(diào)每相中各個(gè)模塊的指令電壓達(dá)到各個(gè)模塊間的均壓控制。以下給出檢索的相關(guān)文獻(xiàn)[I]陳堅(jiān).電力電子學(xué)-電力電子變換和控制技術(shù).北京聞等教育出版
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種串 聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)三相Y型并網(wǎng)逆變器的直流母線電壓控制方法。具體地說(shuō)是先通過(guò)直流側(cè)總的損耗產(chǎn)生有功電流指令來(lái)實(shí)現(xiàn)總的直流側(cè)母線電壓的恒定，再調(diào)節(jié)零序電壓指令來(lái)實(shí)現(xiàn)每相間的直流母線電壓的均衡，然后微調(diào)每相內(nèi)部各模塊的指令電壓實(shí)現(xiàn)模塊間的直流母線電壓平衡。最后，實(shí)現(xiàn)直流母線電壓維持穩(wěn)定的目的。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案I、一種Y型連接串聯(lián)H橋多電平并網(wǎng)逆變器直流母線電壓控制方法，在Y型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中合成零序電壓來(lái)達(dá)到對(duì)三相直流母線間的均衡控制，并且微調(diào)每相間各個(gè)模塊的指令電壓分配來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊間直流母線電壓的平衡。每相母線分別連接到N個(gè)串聯(lián)的H橋，三個(gè)串聯(lián)電路Y型連接。包括以下步驟步驟I，三相總的直流母線電壓控制步驟I. I，檢測(cè)Y型串聯(lián)多電平并網(wǎng)逆變器的ABC三相所有H橋模塊直流側(cè)電壓udc_ai、Udc bi、udc ci( i = l，2“*N)，并求出各相N個(gè)H橋模塊直流側(cè)電壓的和ua sum、ub sum、U。_及
每相模塊電壓平均值Ua ave、Ub ave, Uc ave和三相直流母線平均值=^ a_slu +Ub smll+Uc smn)。步驟I. 2，將三相直流母線平均值u_與每相直流側(cè)電壓給定值uMf送入單路減法器進(jìn)行運(yùn)算，其輸出送入單路比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)整，單路比例積分器的輸出值作為直流側(cè)與交流側(cè)交換的有功分量Ap■，注入到三相調(diào)節(jié)器的有功軸d上來(lái)控制整個(gè)串聯(lián)H橋補(bǔ)償器從電網(wǎng)吸收有功功率。步驟2，合成零序電壓指令步驟2. 1，利用步驟I. 2中的三相直流母線平均值Uave分別與Ua _、Ub smi做差經(jīng)過(guò)PI積分器生成八<步驟2. 2，檢測(cè)三相補(bǔ)償電流4 4 C，通過(guò)關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種Y型連接串聯(lián)H橋多電平并網(wǎng)逆變器直流母線電壓控制方法，其中，串聯(lián)的H橋電路具有三路，三路的一端Y型連接在一起，另一端分別接到三相交流電網(wǎng)的三個(gè)輸出端，每路串聯(lián)的H橋電路各具有N個(gè)H橋模塊，其特征在于，包括如下步驟 步驟I :三相總的直流母線電壓控制 步驟I. 1，檢測(cè)么8(三相所有11橋模塊直流側(cè)電壓11(^、11(1。1^、11(1。。1(1=1，2"4)，并求出各相N個(gè)H橋模塊直流側(cè)電壓的和uf Ul sum,Uc sun及每相模塊電壓平均值Ua _、Ub ■、Uc ave 和二相直流母線平均值uave =Y(ua—su + b m +ue—sum); 步驟I. 2，將三相直流母線平均值Uave與每相直流側(cè)電壓給定值UMf送入單路減法器進(jìn)行運(yùn)算，其輸出送入單路比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)整，單路比例積分調(diào)節(jié)器的輸出值作為直流側(cè)與交流側(cè)交換的有功分量Ap■，注入到有功軸d上來(lái)控制整個(gè)串聯(lián)H橋補(bǔ)償器從電網(wǎng)吸收有功功率； 步驟2，合成零序電壓指令 步驟2. 1，利用步驟I. 2中的三相直流母線平均值u■分別與Ua _、Ub ■做差經(jīng)過(guò)PI積分器生成Au 、 步驟2. 2，檢測(cè)三相補(bǔ)償電流4 4 C，通過(guò)關(guān)系式
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟2. 6中的其中sin cot、cos cot通過(guò)鎖相環(huán)得到。
全文摘要
一種Y型連接串聯(lián)H橋多電平并網(wǎng)逆變器直流母線電壓控制方法，控制整個(gè)串聯(lián)H橋并網(wǎng)逆變器從電網(wǎng)吸收有功功率，來(lái)實(shí)現(xiàn)三相總的直流母線電壓穩(wěn)定；通過(guò)檢測(cè)和計(jì)算來(lái)合成Y型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所需要的零序電壓，來(lái)調(diào)節(jié)每相間直流母線間的平衡；微調(diào)每相間模塊指令電壓，重新分配各個(gè)模塊吸收的有功功率，使得該模塊實(shí)際吸收的有功功率剛好可以抵消這個(gè)模塊自身的損耗，進(jìn)而使每個(gè)模塊在額定的指令電壓值下穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102723734SQ201210223079
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉進(jìn)軍, 杜思行, 林繼亮 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)