[发明专利]并联三相电压型PWM变流器中抑制零序环流的控制方法

说明书

本发明涉及一种并联三相电压型PWM变流器中抑制零序环流的控制方法，包括：对单个PWM变流器采用电压外环和电流内环的双闭环解耦控制与SVPWM控制；采集第一个变流器线路上的零序环流，经过PIQR控制器，初步得到零矢量调节因子χ；采集两个变流器的SVPWM控制器中的非零矢量的占空比，并计算占空比之差产生的扰动变量，将扰动变量作为前馈补偿量修正零矢量调节因子，计算修正后的零矢量调节因子χ′；将修正后的零矢量调节因子χ′修正控制第二个变流器的开关信号。本发明采用基于PIQR控制和前馈补偿控制的抑制零序环流控制方法，与PI控制算法相比，本发明提出的零序环流抑制方法能更加有效地抑制零序环流幅度、减小低频谐波并改善电能质量。

技术领域

本发明属于并联变流器零序环流抑制技术领域，尤其涉及一种并联三相电压型PWM变流器中抑制零序环流的控制方法。

背景技术

变流器并联运行能够增加系统的容量和转换效率，提高系统稳定性和可靠性。但是，由于并联的变流器之间的硬件参数不能完全一致，导致开关器件的动作也不能完全同步，所以就会导致输出电压不一样，即产生零序电压。零序电压作用于变流器之间的等效电阻就会形成零序电流。零序环流会增加开关器件的损耗，降低系统的效率，增加变流器故障停机的几率，严重时会摧毁整个系统。

为了解决并联变流器中的环流问题，许多学者已经开展了相关研究。LorenH.Walker首次使用门极可关断晶闸管(GTO)组成的电压源变流器将储能单元与交流母线相连，通过控制电流的通断，独立快速地控制电路的有功和无功功率。Zhang Yu表示之所以有研究表明三相变流器并联系统中存在零序环流的通路，是因为其忽略了变换器的输出变压器和三磁柱电感磁路耦合。因此，在三相变流器输出端加入三磁柱电感和变压器能使零序环流无法流通，即有效地抑制了零序环流。Mikel Borrega设计了一种光伏逆变器，其将多个并联的变流器与电感和变压器相连以减小零序电压。Lorand Bede提出在并联变流器输出端加入耦合电感能够减小循环电流，但是其对低阶谐波敏感，所以加入比例谐振(PR)控制减小环流中的低频成分能更好地抑制零序环流。上述方法均利用了硬件隔离的方法阻断环流通路以消除零序环流，虽然简单易行，但是需要添加额外的硬件，这样会增加系统重量、体积和成本，降低系统效率。Tsung-Po Chen表示零序问题大多是由低频零序谐波引起的，所以其采用谐波消除脉冲宽度调制(HEPWM)控制技术实时抑制低频环流。MehdiNarimani提出一种新的选择性谐波消除脉冲宽度(SHE-PWM)控制技术以消除模块化电压源变换器(MVSI)并联产生的零序环流。这些调制方法虽然能减小低频和高频环流，但是由于开关器件转换频率高，会造成增加系统损耗，限制转换效率。Chung-Chuan Hou提出一种应用于并联三相主动前端变流器(AFE)中的多载波PWM调制技术。这种调制技术通过载波移相同步各转换器的输出电压，虽然能够减小环流，但是调制方法复杂，不利于实现。ZhihongYe通过分析零序环流的产生原理，提出一种使用比例积分(PI)控制器调节空间矢量脉宽调制(SVPWM)中零矢量作用时间的方法控制零序环流。这种控制方法实现简单，但是PI控制器容易受到不同工作条件的影响。Zhang Xueguang使用无差拍控制器代替上述的PI控制器，进一步验证了零矢量作用时间调节方法的正确性。Zhang Xueguang通过在SVPWM控制中加入零矢量前向反馈改进了传统的PI控制方法。Kai Li将零序环流分成了少量的高频成分和大量的低频成分，高频成分用双载波SVPWM抑制，低频成分中的多种谐波通过PR控制器控制。

因此，有必要针对并联变流器中的环流问题在上述控制方法的基础上，进行改进，提供一种操作简单的并联三相电压型PWM变流器中抑制零序环流的控制方法，以有效抑制环流幅度、减小低频谐波。

发明内容

本发明针对并联变流器系统的零序环流控制问题，提供了一种基于基于比例积分-准谐振(PIQR)控制和前馈补偿控制的抑制零序环流控制方法，以有效地抑制环流幅度、减小低频谐波。