[发明专利]一种级联H桥整流直流电容电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网电压控制方法，特别是涉及一种级联H桥整流直流电容电压平衡控制方法。

背景技术

随着智能电网、分布式新能源发电以及中高压电气传动发展的需要，高电压、大功率与多功能的智能型电力电子变流装置在工业上受到越来越多的重视。传统的隔离型高压大功率变流器都需通过高压大功率的工频变压器来实现与交流电网的连接，这给变流器的效率、体积、重量和成本都带来了一系列的问题。近年来，一种新型的无工频变压器级联式三级变换的拓扑引起人们越来越多的关注，该结构采用中频或高频变压器配合级联H桥（CHBR）整流技术可使高压变流器摆脱工频变压器的限制，且这种结构使得变流器的控制也更加灵活，其单相的拓扑如图1 所示。

级联H桥整流级的实现是变流器无工频变压器化的基础，该拓扑的优越性在于，使得低耐压的功率半导体开关器件可应用于中高压的场合，通过调制手段可实现交流侧多电平阶梯波的输出，从而降低系统中的谐波，减少滤波电感的体积。整流级传递的主要为有功能量，各级联H桥直流侧的电容又独立悬浮，平衡各级联H桥直流侧电容电压成为保障变流器安全稳定运行需要解决的关键问题。由于图1中逆变级的影响，使得各级联H桥的输出功率可能产生差异，从而使得整流级各级联H桥直流侧电容电压不平衡问题更为突出。这种输出功率的差异可等效为CHBR各H桥直流侧所连接的不平衡负载，因此负载的不平衡程度应该是CHBR 所必须考虑的问题。

目前对CHBR直流侧电容电压的平衡控制方法，存在着处理运算量大，电容电压的恢复速度相对较慢，独立电压控制器的饱和器分析设计困难等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级联H桥整流直流电容电压平衡控制方法，本发明在交换平衡方法的基础上，分析了单位功率因数下适合于CHBR的安全工作区，提出在此安全工作区内的一个优化的工作点，该工作点既能保障负载突变时，各H桥电容电压的迅速平衡，又能最大程度的扩展了各级联H桥负载不平衡的程度。在二维调制的基础上，提出了二维调制平面内的两条调制轨迹相互配合的调制方法，实现CHBR在该优化工作点的稳定运行。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种级联H桥整流直流电容电压平衡控制方法，所述方法包括以下过程：单相两H桥CHBR的主电路连接不同阻值的电阻等效后级输出功率的不同；当两级联H桥电容电压不等时，CHBR 的安全工作区存在着两种可能性；CHBR稳定的工作在安全工作区中的任意工作点，超出安全工作区的范围CHBR将无法实现单位功率因数运行；CHBR电容电压的平衡过程是根据两H桥后级所需有功能量的不同对总输入有功能量重新分配的过程；因而对某一H桥吸收有功能量的调整，势必会造成另一H桥吸收有功能量相反方向的调整；在安全工作区的范围内，当某桥的电容电压降低时，可以通过增减该桥交流侧输出电压的有效值或相位角，实现电容电压地调整，注入的有功能量越多，电容电压上升的越快；同理，调整电容电压较高H桥的输入功率，使其吸收的能量小于负载消耗的能量，从而实现电容电压的降低，该桥吸收的有功功率越少，电容电压下降的则越快；CHBR在单位功率因数运行下，根据安全工作区的变化选择A点或B点作为系统运行的优化工作点，根据直流侧电容电压的大小选择所需输出的电压相量，就可使电容电压最快速的达到平衡。

附图说明

图1 无工频变压器高压大功率变流器单相拓扑；

图2 单相两H桥级联拓扑；

图3CHBR的安全工作区与优化工作点；

图4u_con与i_s同向时二维调制轨迹的选择；

图5 u_con与i_s反向时二维调制轨迹的选择。

具体实施方式

下面结合说明书附图来对本发明的级联H桥整流直流侧电容电压快速平衡调制策略作进一步详细的说明。