[发明专利]一种用于功率单元直流电压平衡控制的动态切换方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子装置的控制技术领域，特别涉及一种用于功率单元直流电压平衡控制的动态切换方法。

背景技术

级联式变换器由于其结构简单、模块化，在大功率、中高压驱动系统中已得到广泛应用。近年来，随着风力发电等可再生能源发电系统的并网容量日益增加，需要在这些系统的并网处安装能够进行有功以及无功功率调节的电力电子装置来解决其并网带来的电能质量问题。因此，把级联式变换器拓扑应用于高压、大容量功率调节系统的研究也日益广泛。

但是，由于级联式变换器各H桥单元直流侧电容值以及并联损耗不一致，在工作时会导致级联式功率调节装置各直流侧电压不平衡，为了保证各H桥单元直流电压平衡，因此需要改变各H桥单元的输入/出有功功率。改变各单元的输入/出有功功率有两种方式，一种是硬件方法，即通过在功率单元直流母线上并联均压电阻，通过反馈控制算法对电阻进行切换，从而保证功率单元直流电压的平衡。另外一种方法是软件方法，软件方法是通过改变各功率单元输出电压的大小来实现输入有功功率的变化从而实现功率单元直流电压的平衡。改变电压有两种控制方法：1）只改变幅值，相角不变；2）只改变相角，幅值不变；方法一通过改变幅值可以改变输出电压的大小，从而改变单元的输入/出有功功率，方法二通过改变相角可以改变输出电压与电流的夹角，从而改变单元的输入/出有功功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于功率单元直流电压平衡控制的动态切换方法，通过同时改变电压幅值及电压相角优化系统调节效果。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种用于功率单元直流电压平衡控制的动态切换方法，该方法包括以下各步骤：

a）通过电压传感器，获取级联式功率调节装置每个H桥单元的直流侧电压，记为：，其中，表示每一相的级联数；

b）根据上述直流侧电压，利用滤波公式，滤除直流侧电压中的纹波，得到滤除纹波以后的直流侧电压，其中，为电源电压的电角度；

c）利用公式，求出三相直流侧电压；

d）根据上述三相的直流侧电压，利用公式，得到三相直流侧电压的平均值；

e）根据上述平均值，利用公式，得到各功率单元直流侧电压与平均值的差值；

f）通过电流传感器，分别获取级联式功率调节装置的三相输出电流，并通过3S/2R坐标变换公式得到电流在d轴与q轴的分量和；

g）根据上述d轴与q轴的分量和，利用公式，得到电流角度；

h）通过电压传感器，分别获取级联式功率调节装置与电网连接点的三相电网电压，利用数字锁相环计算出电源电压的电角度；

i）根据上述得到的各功率单元直流电压差值、电流角度以及电源电压的电角度，利用公式，得到所需的各功率单元调制电压差值，其中为比例调节系数；将功率单元调制电压差值注入到由级联式功率调节装置的有功和无功解耦控制输出的正序调制电压中，实现对各功率单元直流电压的平衡控制。

进一步的，在步骤i）中，要根据如下条件进行切换：首先根据采样三相输出电流计算出电流有效值，如果三相电流大于系统额定输出电流的5%时，；如果三相输出电流小于系统额定输出电流的5%且大于0时，；如果三相电流小于系统额定输出电流的5%且小于0时，。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1）在系统做动态无功以及有功的调节过程中，叠加的电压指令角度是基于电流反馈的角度进行实时计算得到的，从而保证在相同电压幅值的基础上，其调节结果为纯有功分量，保证系统的调节效果为最优。

2）在系统做空载运行或者是小电流运行时，系统电压指令做动态切换，防止实际电流谐波造成反馈电流角度计算不准确引起电压指令突变的情况，从而引起单元直流母线电压控制不住的情况发生。

附图说明

图1为本发明的电路结构图。

图2为本发明中涉及级联式功率调节装置的总控制框图。

图3为本发明的流程框图。

图4为本发明中涉及级联式功率调节装置的单元直流电压控制框图。

图5为对图1所示的电路进行有功调节时，利用本发明得到的级联式功率调节装置单元直流侧电压的仿真曲线。

图6为对图1所示的电路进行无功调节时，利用本发明得到的级联式功率调节装置单元直流侧电压的仿真曲线。

图7为对图1所示的电路进行动态无功调节时，利用本发明平衡方法得到的链式功率调节装置单元直流侧电压的仿真曲线。