[发明专利]一种模块化多电平换流器的控制方法有效

专利信息
申请号: 201410163943.6 申请日: 2014-04-22
公开(公告)号: CN103944431B 公开(公告)日: 2017-04-26
发明(设计)人: 王跃;丛武龙;曹穆;付建国 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: H02M7/483 分类号: H02M7/483;H02M7/12
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司61200 代理人: 陆万寿
地址: 710049 *** 国省代码: 陕西;61
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 一种 模块化 电平 换流 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种模块化多电平换流器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)对交流侧的模块化多电平换流器进行离散化,得价值函数

<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><mi>J</mi><mo>=</mo><mo>|</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><msup><mi>K</mi><mo>&prime;</mo></msup></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>u</mi><mrow><mi>s</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msup><mi>L</mi><mo>&prime;</mo></msup><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mfrac><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mrow><mn>2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>d</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mi>c</mi><mi>i</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>

其中,Vdc代表直流侧电压值,TS为采样时间,t为当前时刻的时间点,设L为模块化多电平换流器的交流侧等效电感,L'=L/2,K'=L/2/TS,ixref(t+TS)为交流侧电流在t+TS时刻的给定值,usx(t+TS)为交流侧电压在t+TS时刻的给定值,ix(t)为交流侧电流在t时刻的采样值,ixcir(t)为交流侧电流t时刻的环流值,Vxdown(t+TS)及Vxup(t+TS)分别为上桥臂及下桥臂在t+TS时刻的电压预测值;

2)所述模块化多电平换流器内设有3相,每个相设有上桥臂及下桥臂,上桥臂及下桥臂内均设有若干模块,根据桥臂电流的方向分别对每个相中上桥臂及下桥臂内的所有模块按照模块电压值的大小进行排序,分别得模块排列V′xu(i)及V′xd(i);

3)设模块化多电平换流器中每一相投入的模块数为2N个,则当上桥臂投入的数目为m,下桥臂投入的数目为N-m,则有[上桥臂投入的数目,下桥臂投入的数目]={[0,N],[1,N-1],[2,N-2]…[N,0]},然后分别计算各组合投入后在t+TS时刻上桥臂及下桥臂可能出现的电压值Vxdown(j)及Vxup(j),其中

<mrow><mfenced open = "{" close = ""><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>j</mi></munderover><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi></mrow><mo>&prime;</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>I</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi></mrow></msub><mi>C</mi></mfrac><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mi>j</mi></mrow></munderover><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi></mrow><mo>&prime;</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>I</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi></mrow></msub><mi>C</mi></mfrac><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>

Vxup(j)为当上桥臂投入j个模块时上桥臂的电压,Vxdown(j)为当上桥臂投入j个模块时下桥臂的电压,Ixu为当上桥臂投入j个模块时上桥臂的电流,Ixd为上桥臂投入j个模块时下桥臂的电流,j=0,1,2,3…N,C为电容C1的电容值;

4)将步骤3得到的所有可能出现的桥臂电压值Vxdown(j)及Vxup(j)带入到式(4)中,得N+1个价值函数的值J(j),j=0,1,2...N,其中,J(j)代表上桥臂投入j个模块时的价值函数,设当j=m时价值函数取得最小值,那么上桥臂及下桥臂投入的模块数分别为m及N-m;

5)当桥臂电流为正时,则将上桥臂内模块电压值最小的m个模块投入,将下桥臂内模块电压值最小的N-m个模块投入;当桥臂电流为负时,则将上桥臂内模块电压最大的m个模块投入,将下桥臂内模块电压值最大的N-m个模块投入;

模块化多电平换流器包括第一IGBT晶体管、第二IGBT晶体管、第一稳压二极管、第二稳压二极管及电容C1,第一IGBT晶体管的发射极与上桥臂模块及第二IGBT晶体管的集电极相连接,第二IGBT晶体管的发射极与下桥臂模块及电容C1的一端相连接,电容C1的另一端与第一IGBT晶体管的集电极相连接,第一稳压二极管的负极及正极分别与第一IGBT晶体管的集电极及发射极相连接,第二稳压二极管的负极及正极分别与第二IGBT晶体管的集电极及发射极相连接。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的控制方法,其特征在于,步骤1)的具体步骤为:将交流侧的模块化多电平换流器离散化,得到的价值函数为

J=J1+J2 (1)

其中J1为在t+TS时刻交流侧电流预测值与参考值的偏差,J1

<mrow><msub><mi>J</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><msup><mi>K</mi><mo>&prime;</mo></msup></mfrac><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>u</mi><mrow><mi>s</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msup><mi>L</mi><mo>&prime;</mo></msup><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mfrac><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo><mo>)</mo><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>

其中,TS为采样时间,t为当前时间的时间点,设L为模块化多电平换流器的交流侧等效电感,L'=L/2,K'=L/2/TS,ixref(t+TS)为交流侧电流在t+TS时刻的给定值,usx(t+TS)为电源在t+TS时刻的电压值,ix(t)为交流侧电流在t时刻的采样值,Vxdown(t+TS)和Vxup(t+TS)分别为上桥臂及下桥臂在t+TS时刻的电压值;

J2为t+Ts时刻环流预测值,J2表达式为:

<mrow><msub><mi>J</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mrow><mn>2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>d</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mi>c</mi><mi>i</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>

其中,

根据公式(2)及(3)得价值函数为

<mfenced open = "" close = ""><mtable><mtr><mtd><mrow><mi>J</mi><mo>=</mo><mo>|</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><msup><mi>K</mi><mo>&prime;</mo></msup></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>u</mi><mrow><mi>s</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msup><mi>L</mi><mo>&prime;</mo></msup><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mfrac><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub><mrow><mn>2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>d</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>d</mi><mi>o</mi><mi>w</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>x</mi><mi>u</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>S</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mi>c</mi><mi>i</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced>

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于西安交通大学,未经西安交通大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201410163943.6/1.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top