[发明专利]中间包电磁感应加热系统多层控制方法

权利要求书

1.一种中间包电磁感应加热系统多层控制方法，其特征在于，包括顶层控制部分、中间层控制部分和底层控制部分；所述顶层控制部分包括整体平衡控制部分、桥臂间平衡控制部分和相间平衡控制部分；

所述整体平衡控制部分包括：采集电磁感应加热系统六个桥臂所有子模块电容电压u_dxi，并求和得到六个桥臂的总电容电压总电容电压与指令值作差后经PI控制得到三相交流输入电流的d轴控制指令三相交流输入电流的q轴控制指令设置为零，d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相交流输入电流指令 维持电磁感应加热系统所有子模块电压平衡；其中，x＝a,b,c；

所述桥臂间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压作差得到三相桥臂电压差Δu_da,Δu_db和Δu_dc，Δu_da与Δu_db之和再与2*Δu_db作差，经PI控制后得到负序环流指令的d轴控制指令Δu_dc与Δu_db作差，经PI控制后得到负序环流指令的q轴控制指令d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相负序环流电流指令和维持三相上下桥臂的电容电压平衡；

所述相间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压分别求和，得到三相桥臂电压和∑u_da,∑u_db和∑u_dc，∑u_db与∑u_dc之和与2*∑u_da作差，经PI控制后得到正序环流指令的d轴控制指令∑u_db与∑u_dc作差，经PI控制后得到正序环流指令的q轴控制指令d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相正序环流电流指令和维持三相桥臂的电容电压平衡；

所述中间层控制部分包括：建立如下目标优化函数：其中c₁和c₂分别表示差模电压和共模电压控制目标的权重因子；为第k+1次差模电压参考值，由环流指令根据预测算法计算得到，为第k+1次共模电压参考值，由三相交流输入电流指令 根据预测算法计算得到；u_sx(k+1)为第k+1次差模电压；u_cx(k+1)为第k+1次共模电压；选择使目标优化函数值最小的电平组合为最优输出电平，得到上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数n_ux(k+1)和n_lx(k+1)；

所述底层控制部分包括：根据中间层电流预测控制得到的上桥臂和下桥臂下个控制周期的优化输出电平数，将开关动作分配至各个桥臂的子模块并维持子模块电容电压平衡。

2.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热系统多层控制方法，其特征在于，三相交流输入电流的d轴控制指令其中k_p为PI控制比例参数，k_i分别为PI控制积分时间参数。

3.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热系统多层控制方法，其特征在于，三相交流输入电流指令表达式为：

ω_g为电网同步角频率。

4.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热系统多层控制方法，其特征在于，三相负序环流电流指令和的表达式为：其中，ω_g为电网同步角频率。

5.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热系统多层控制方法，其特征在于，三相正序环流电流指令和的表达式为：

其中，θ＝ω₀t，ω₀为感应电流给定角频率。

6.根据权利要求1所述的中间包电磁感应加热系统多层控制方法，其特征在于，所述底层控制部分的具体实现过程包括：

采集各桥臂子模块电容电压，并对桥臂子模块电容电压按由小到大进行排序；

当上桥臂电流i_ux大于或等于0，优化输出上桥臂电平数n_ux(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最小的n_ux(k+1)个子模块输出1电平，其他子模块输出0电平；当i_ux大于或等于0，而优化输出电平数n_ux(k+1)小于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最大的n_ux(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；

当下桥臂电流i_lx大于或等于0，优化输出下桥臂电平数n_lx(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最小的n_lx(k+1)个子模块输出1电平，其他子模块输出0电平；当i_lx大于或等于0，而优化输出电平数n_lx(k+1)小于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最大的n_lx(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；

当上桥臂电流i_ux小于0，优化输出上桥臂电平数n_ux(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最大的n_ux(k+1)个子模块输出1，其他子模块输出0电平；当i_ux小于0，而优化输出电平数n_ux(k+1)小于0时，按照排序结果，选择上桥臂中子模块电容电压值最小的n_ux(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；

当下桥臂电流i_lx小于0，优化输出下桥臂电平数n_lx(k+1)大于等于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最大的n_lx(k+1)个子模块输出1，其他子模块输出0电平；当i_lx小于0，而优化输出电平数n_lx(k+1)小于0时，按照排序结果，选择下桥臂中子模块电容电压值最小的n_lx(k+1)个子模块输出-1，其他子模块输出0电平；

当子模块输出1时，左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管关闭，下管开通；当子模块输出-1时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管开通，下管关闭；当子模块输出0时，左边桥臂上管关闭，下管开通，右边桥臂上管关闭，下管开通，或者左边桥臂上管开通，下管关闭，右边桥臂上管开通，下管关闭。