[发明专利]一种电流源并网变换器及控制方法

权利要求书

1.一种电流源并网变换器的控制方法，其特征在于：所述变换器由至少2个相同的单元与电容C、电感L_a、电感L_b、信号源级联组成；每个单元包括直流母线、第一开关管S₁₁、第二开关管S₁₂、第三开关管S₁₃、第四开关管S₁₄、第五开关管S₁₅、第一电感L₁₁、第二电感L₁₂；

在每个单元中，直流母线的P端与第一电感L₁₁一端相连，第一电感L₁₁另一端分别与第五开关管S₁₅上端、第一开关管S₁₁上端、第三开关管S₁₃上端相连；直流母线的N端与第二电感L₁₂一端相连，第二电感L₁₂另一端分别与第五开关管S₁₅下端、第二开关管S₁₂下端、第四开关管S₁₄下端相连；第一开关管S₁₁、第二开关管S₁₂、第三开关管S₁₃、第四开关管S₁₄组成H桥，第一开关管S₁₁下端与第二开关管S₁₂上端相连组成H桥的一个桥臂，第三开关管S₁₃下端与第四开关管S₁₄上端相连组成H桥的另一个桥臂；

每个单元中第一开关管S₁₁、第二开关管S₁₂组成的桥臂均与电容C上端相连，每个单元中第三开关管S₁₃、第四开关管S₁₄组成的桥臂均与电容C下端相连；电容C的上端另与电感L_a一端相连，电感L_a的另一端与信号源一端相连；电容C的下端另与电感L_b一端相连，电感L_b的另一端与信号源另一端相连且接地；

所述方法步骤如下：

步骤1，给定直流母线侧电流I_dc以及参考电流矢量I_ABref，算出两者比值，并令其为a，即a＝I_ABref/I_dc；

步骤2，将步骤1中所得到的比值a用取整函数进行取整运算，运算后的结果用a_i表示；

步骤3，确定换相周期T_s，开关序列由两个开关状态组成，分别为X1-X2-X3-...-Xn与Y1-Y2-Y3-...-Yn，令t₁等于步骤1中所得的a减去a_i差值再乘以换相周期T_s，即t₁＝(a-a_i)*T_s，同理令t₂等于换相周期减去t₁的差值，即t₂＝T_s-t₁,t₁为X1-X2-X3-...-Xn作用时间，t₂为Y1-Y2-Y3-...-Yn作用时间；

步骤4，以n＝3为例对其具体控制方式进行说明，确定步骤1中所得a_i的取值，a_i取值可以为-3、-2、-1、0、1、2、3；

步骤5，当a_i＝0时，此时X1X2X3取值可以为012、021、102、111、120、201、210，Y1Y2Y3取值可以为220、211、202、121、112、022，输出电流值可由X1X2X3与Y1Y2Y3合成，当X1X2X3取值为111时，三个变换器的开关状态S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝0、S22＝0、S23＝0、S24＝0、S25＝1、S31＝0、S32＝0、S33＝0、S34＝0、S35＝1；当Y1Y2Y3取值为121时，三个变换器对应的开关状态为S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝1、S22＝0、S23＝0、S24＝1、S25＝0、S31＝0、S32＝0、S33＝0、S34＝0、S35＝1，其中1代表开通，0代表关断；

步骤6，当a_i＝1时，此时X1X2X3取值可以为220、211、202、121、112、022，Y1Y2Y3取值可以为122、212、221，输出电流值可由X1X2X3与Y1Y2Y3合成，当X1X2X3取值为112时，三个变换器的开关状态S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝0、S22＝0、S23＝0、S24＝0、S25＝1、S31＝1、S32＝0、S33＝0、S34＝1、S35＝0；当Y1Y2Y3取值为122时，三个变换器对应的开关状态为S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝1、S22＝0、S23＝0、S24＝1、S25＝0、S31＝1、S32＝0、S33＝0、S34＝1、S35＝0，其中1代表开通，0代表关断；

步骤7，当a_i＝2时，此时X1X2X3取值可以为122、212、221，Y1Y2Y3取值为222，输出电流值可由X1X2X3与Y1Y2Y3合成，当X1X2X3取值为122时，三个变换器的开关状态S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝1、S22＝0、S23＝0、S24＝1、S25＝0、S31＝1、S32＝0、S33＝0、S34＝1、S35＝0；当Y1Y2Y3取值为222时，三个变换器对应的开关状态为S11＝1、S12＝0、S13＝0、S14＝1、S15＝0、S21＝1、S22＝0、S23＝0、S24＝1、S25＝0、S31＝1、S32＝0、S33＝0、S34＝1、S35＝0，其中1代表开通，0代表关断；

步骤8，当a_i＝-1时，此时X1X2X3取值可以为012、021、102、111、120、201、210，Y1Y2Y3取值可以为002、011、020、200、110、101，输出电流值可由X1X2X3与Y1Y2Y3合成，当X1X2X3取值为111时，三个变换器的开关状态S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝0、S22＝0、S23＝0、S24＝0、S25＝1、S31＝0、S32＝0、S33＝0、S34＝0、S35＝1；当Y1Y2Y3取值为020时，三个变换器对应的开关状态为S11＝0、S12＝1、S13＝1、S14＝0、S15＝0、S21＝1、S22＝0、S23＝0、S24＝1、S25＝0、S31＝0、S32＝1、S33＝1、S34＝0、S35＝0，其中1代表开通，0代表关断；

步骤9，当a_i＝-2时，此时X1X2X3取值可以为002、011、020、200、110、101，Y1Y2Y3取值可以为100、010、001，输出电流值可由X1X2X3与Y1Y2Y3合成，当X1X2X3取值为110时，三个变换器的开关状态S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝0、S22＝0、S23＝0、S24＝0、S25＝1、S31＝0、S32＝1、S33＝1、S34＝0、S35＝0；当Y1Y2Y3取值为010时，三个变换器对应的开关状态为S11＝0、S12＝1、S13＝1、S14＝0、S15＝0、S21＝0、S22＝0、S23＝0、S24＝0、S25＝1、S31＝0、S32＝1、S33＝1、S34＝0、S35＝0，其中1代表开通，0代表关断；

步骤10，当a_i＝-3时，此时X1X2X3取值可以为100、010、001，Y1Y2Y3取值为000，输出电流值可由X1X2X3与Y1Y2Y3合成，当X1X2X3取值为100时，三个变换器的开关状态S11＝0、S12＝0、S13＝0、S14＝0、S15＝1、S21＝0、S22＝1、S23＝1、S24＝0、S25＝0、S31＝0、S32＝1、S33＝1、S34＝0、S35＝0；当Y1Y2Y3取值为000时，三个变换器对应的开关状态为S11＝0、S12＝1、S13＝1、S14＝0、S15＝0、S21＝0、S22＝1、S23＝1、S24＝0、S25＝0、S31＝0、S32＝1、S33＝1、S34＝0、S35＝0，其中1代表开通，0代表关断；

步骤11，当a_i＝3时，此时X1X2X3作用时间t₁等于换相周期T_s，Y1Y2Y3作用时间为零，X1X2X3作用时对应的开关状态为S11＝1、S12＝0、S13＝0、S14＝1、S15＝1、S21＝1、S22＝0、S23＝0、S24＝1、S25＝1、S31＝1、S32＝0、S33＝0、S34＝1、S35＝1，其中1代表开通，0代表关断。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：每个单元都可以得到三种不同的输出电流I、0、-I，分别定义为2、1、0状态，级联型变换器的输出电流为n个单元的输出电流之和，当有n个单元级联时，可以得到2n+1种输出电平，级联变换器个数从n到n+1扩展时，可以得到2n+3种电平，电平数越多，输出越接近正弦。