[发明专利]三相单向级联式多电平变流器直流电压平衡调制控制方法

摘要

本发明提供了一种三相单向级联式多电平变流器直流电压平衡调制控制方法，其主要包括排序模块、配组模块、运算模块和调制波生成模块。本发明对传统SPWM(SVPWM)调制策略进行改进，与传统PI控制的直流电压平衡调制策略相比，具有调节速度快、调节范围大的优点，同时可以使整个电路在高功率因数下运行，当三相单向级联式多电平变流器直流电压的不平衡度较大时，本发明提供的方法可使三相单向级联式多电平变流器以最大速率调节各级直流电压使其保持平衡，并可以保证良好的网侧电流质量。

主权项

1.三相单向级联式多电平变流器直流电压平衡调制控制方法，所述三相单向级联式多电平变流器，包括三相星接单向级联式多电平变流器，所述三相星接单向级联式多电平变流器由3*N个能量单方向流动变流器级联组成，其中每相由N个能量单方向流动变流器级联组成，N为大于1的整数；所述三相星接单向级联式多电平变流器包括三相星接级联式二极管H桥变流器、三相星接级联式无桥变流器、三相星接级联式VIENNA变流器；/n其特征在于，三相单向级联式多电平变流器直流电压平衡调制控制方法步骤如下：/n(1)分别对三相星接单向级联式多电平变流器的交流侧输入电压、交流侧输入电流进行采样，得到三相交流输入电压U_sa、U_sb、U_sc，三相交流输入电流I_sa、I_sb、I_sc；/n(2)对三相星接单向级联式多电平变流器的直流侧电压进行采样，得到3*N个直流电压信号U_dca1、U_dca2...U_dcaN、U_dcb1、U_dcb2...U_dcbN、U_dcc1、U_dcc2...U_dccN，其中每相得到N个直流电压信号；/n(3)将步骤(2)中每相采样得到的N个直流电压信号U_dck1、U_dck2...U_dckN(k＝a,b,c)分别相加，得到每相总输出直流电压信号U_dca、U_dcb、U_dcc为/n /n其中U_dckn为三相星接单向级联式多电平变流器k相第n个能量单方向流动变流器直流电压信号，n为小于等于N的正整数；/n(4)根据三相星接单向级联式多电平变流器在dq旋转坐标系或alpha-beta静止坐标系下的数学模型，将步骤(1)中采样得到的三相交流输入电压U_sa、U_sb、U_sc，三相交流输入电流I_sa、I_sb、I_sc，步骤(3)中计算得到的每相总输出直流电压信号U_dca、U_dcb、U_dcc带入三相星接单向级联式多电平变流器数学模型，应用电压电流双闭环控制方式实现三相星接单向级联式多电平变流器的控制，采用SPWM或SVPWM调制方式，得到初始三相标幺调制信号|V_a|、|V_b|、|V_c|；/n(5)通过控制三相星接单向级联式多电平变流器交流侧中性点相对于电源中性点的电压实现对三相星接单向级联式多电平变流器电流过零畸变抑制，采用基于零序电压注入的方式完成相间电压均衡控制，从而将步骤(4)中三相初始标幺调制信号|V_a|、|V_b|、|V_c|优化为三相标幺调制信号|V_a′|、|V_b′|、|V_c′|；/n(6)将步骤(2)中每相采样得到的N个直流电压信号U_dck1、U_dck2...U_dckN(k＝a,b,c)分别送入各相的排序模块，按电压从大到小或从小到大的顺序进行排列；/n(7)将步骤(6)中各相排序后的直流电压U_dck1、U_dck2...U_dckN(k＝a,b,c)进行配组，配组方法如下：/n(a)当N为偶数时，各相排序后的N个直流电压信号中的最高值对应的能量单方向流动变流器与最低值对应的能量单方向流动变流器为一组直流电压信号，余下的直流电压信号中的最高值对应的能量单方向流动变流器与最低值对应的能量单方向流动变流器为一组直流电压信号，最终三相星接单向级联式多电平变流器以此规则配为3*N/2组直流电压信号，三相星接单向级联式多电平变流器每相配为N/2组直流电压信号，此时三相配组模块共输出3*N/2组直流电压信号信息，其中每相配组模块输出N/2组直流电压信号信息，每组直流电压信号由一个高电压信号和一个低电压信号组成；/n(b)当N为奇数时，各相排序后的N个直流电压信号中的最高值对应的能量单方向流动变流器与最低值对应的能量单方向流动变流器为一组直流电压信号，余下的直流电压信号中的最高值对应的能量单方向流动变流器与最低值对应的能量单方向流动变流器为一组直流电压信号，除每相直流电压信号排序在最中间的能量单方向流动变流器外，最终三相星接单向级联式多电平变流器以此规则配为3*(N-1)/2组直流电压信号，其中三相星接单向级联式多电平变流器每相配为(N-1)/2组直流电压信号，此时三相配组模块共输出3*(N-1)/2组直流电压信号信息，其中每相配组模块输出(N-1)/2组直流电压信号信息，每组直流电压信号由一个高电压信号和一个低电压信号组成；/n(8)将步骤(5)中优化的三相标幺调制信号|V_a′|、|V_b′|、|V_c′|送入运算模块，计算得到调制波调整信号Δ|V_k′|(k＝a,b,c)/n /n(9)将步骤(7)中的配组方法、步骤(5)中优化的三相标幺调制信号|V_a′|、|V_b′|、|V_c′|以及步骤(8)中调制波调整信号Δ|V_k′|(k＝a,b,c)送入调制波生成模块，三相调制波信号再优化，输出3*N路调制波信号|V_a1″|、|V_a2″|...|V_aN″|、|V_b1″|、|V_b2″|...|V_bN″|、|V_c1″|、|V_c2″|...|V_cN″|，其中每相输出N路调制波信号|V_k1″|、|V_k2″|...|V_kN″|(k＝a,b,c)：/n(a)根据步骤(7)中的配组方法，令每相每组直流电压信号中，高电压信号对应的能量单方向流动变流器调制波信号为|V_k″|＝|V_k′|-|ΔV_k′|(k＝a,b,c)；/n(b)根据步骤(7)中的配组方法，令每相每组直流电压信号中，低电压信号对应的能量单方向流动变流器调制波信号为|V_k″|＝|V_k′|+|ΔV_k′|(k＝a,b,c)；/n(c)当N为奇数时，排序在最中间的直流电压信号对应的能量单方向流动变流器调制波信号为|V_k″|＝|V_k′|(k＝a,b,c)；/n(10)将N个载波依次延迟1/N*T_s，T_s为开关周期，分别与步骤(9)中每相再优化的N路调制波信号|V_k1″|、|V_k2″|...|V_kN″|(k＝a,b,c)通过比较器进行信号交割，共产生3*N路PWM信号，其中每相产生N路PWM信号，进而控制三相星接单向级联式多电平变流器开关器件的通断。/n