[发明专利]一种低开关频率的三电平变流器优化脉冲控制方法

说明书

本发明提供一种低开关频率的三电平变流器优化脉冲控制方法。针对大功率三电平变流器系统，采用一种虚拟磁链轨迹跟踪的低开关频率控制，在兼顾变流器性能的同时降低变流器系统的开关频率，降低大功率变流器系统的开关损耗，由此提高系统效率。本发明将变流器等效为交流电机，通过变流器的虚拟磁链轨迹跟踪控制，根据虚拟定子磁链误差基于SHEPWM进行脉冲的实时调整，使得驱动波形既能基本维持优化PWM形态，又具有较快的动态响应能力。本发明能使变流器工作在低开关频率下，保证变流器的稳态与动态性能，在中高压大功率领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及大功率电力电子技术领域，更具体地，涉及一种低开关频率的三电平变流器优化脉冲控制方法。

技术背景

二极管箝位型三电平变流器相较于传统两电平变流器，采用了更多的功率半导体器件因而提升了电力电子设备的容量。在大容量电力电子系统应用中，系统工作在高电压和大电流工况下，功率开关器件的开关损耗和由此产生的热量不容忽视。降低功率器件的开关频率可以减少损耗，提高电力电子系统的效率。在低开关频率条件下，传统的控制算法难以实现对电力电子系统的稳定控制，是大功率电能变换装置控制的主要难题之一。

发明内容

针对现有技术的以上需求，本发明提供了一种低开关频率的三电平变流器优化脉冲控制方法，其目的在于在实现和传统控制方法相当的性能情况下，降低三电平变流器的开关频率至350Hz左右，从而减少开关损耗，提高大功率电能变换设备的效率。

本发明提供一种适用于三电平变流器的虚拟磁链轨迹跟踪控制方法，主要包括：

一种低开关频率的三电平变流器优化脉冲控制方法，采用调制系数计算模块和功率角计算模块；所述调制系数计算模块以稳态基准值为参考，叠加无功功率偏差PI调节器进行动态微调求取SHEPWM的调制系数；所述功率角计算模块的三个输入变量分别为直流母线电压外环的输出的给定有功功率、状态观测器输出的虚拟定子磁链、虚拟转子磁链的幅值，据此计算出功率角，再根据功率角得到参考的虚拟磁链角度。

优选地，所述调制系数计算模块的稳态基准值为：

m^*＝u_dc^*/u_dc0

m^*为调制系数的稳态基准值，u_dc^*为给定直流母线电压，u_dc0为不控整流母线电压，即变流器在不控整流模式下输出的直流母线电压；所述调制系数计算模块叠加于一个比例+积分(PI)控制器之后，该控制器的输入为无功功率给定值与估算反馈值的偏差。

优选地，所述功率角计算模块根据直流母线电压控制器输出功率给定指令P^*和虚拟定子磁链矢量幅值|ψ_s|、虚拟转子磁链幅值|ψ_r|计算给定的功率角γ为：

功率角γ的取值范围为：0γπ/4，f为整流器输入侧电网的频率，L为三相电感值。

优选地，所述参考虚拟磁链角度由功率角γ和虚拟转子磁链角度确定，计算式为：

优选地，所述虚拟磁链轨迹跟踪控制器的输入为对SHEPWM积分得到的参考虚拟定子磁链与实际观测虚拟定子磁链的误差。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1、本发明根据虚拟磁链轨迹误差对SHEPWM的优化开关角进行微幅调整，输出PWM波形可维持低电压谐波畸变的SHEPWM形态；

2、本发明能达到降低开关频率至350Hz，并能同时获得较小的电流畸变和较快的动态响应；