專利名稱：：一種三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的比例諧振控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的控制方法，屬于功率變換器控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)合，隨著功率等級(jí)的不斷提高，受開關(guān)器件自身功率等級(jí)的限制，采用傳統(tǒng)的功率器件和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已不能滿足當(dāng)今對(duì)變流裝置的要求，因此基于多電平技術(shù)的變換器逐漸得到廣泛的關(guān)注。其中H橋級(jí)聯(lián)型多電平變換器因具有等效開關(guān)頻率高、輸出電能質(zhì)量好、可靠性高、易于模塊化和拓展等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于電氣傳動(dòng)、靜態(tài)無功補(bǔ)償，新能源發(fā)電等大功率變換領(lǐng)域。但是該變換器在構(gòu)成三相大功率系統(tǒng)時(shí)需要較多開關(guān)管和獨(dú)立直流電源，且在控制方面不能采用較為成熟的三相系統(tǒng)控制方法。同時(shí)獨(dú)立直流電源一般是由多繞組移相變壓器來提供，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)體積、成本和損耗均增加，這些都成為制約其廣泛應(yīng)用的重要因素。因此國內(nèi)外科研人員提出了以3個(gè)普通三相六開關(guān)的電壓型變換器(voltagesourceconverter,VSC)單元通過線電壓級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的電壓型變換器(linevoltagecascadedVSC，LVC-VSC)[1_3]。該種變換器繼承了傳統(tǒng)H橋級(jí)聯(lián)多電平變換器的諸多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用于三相系統(tǒng)時(shí)所需的直流電源較少，也易于引入三相系統(tǒng)的控制理論；同時(shí)以該變換器為單元模塊再以相同線電壓級(jí)聯(lián)方式連接，可獲得更高電壓等級(jí)的功率變換器。根據(jù)變換器輸入輸出電能性質(zhì)的不同，可以把LVC-VSC分為線電壓級(jí)聯(lián)型逆變器(LVC-VSI)和線電壓級(jí)聯(lián)型整流器(LVC-VSR)。當(dāng)LVC-VSC作為整流器運(yùn)行時(shí)具有多個(gè)輸出端，能同時(shí)為多路負(fù)載供電；同時(shí)由兩個(gè)該種變換器構(gòu)成背靠背的AC-AC變流器可以省去傳統(tǒng)多繞組移相變壓器。這種新拓?fù)淠軌驅(qū)崿F(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因素，調(diào)速系統(tǒng)四象限運(yùn)行，因此具有較高的研究和實(shí)用價(jià)值。三重化LVC-VSR由3個(gè)VSR單元組成，若針對(duì)每個(gè)VSR單獨(dú)控制，則控制系統(tǒng)需要多路采樣和多組控制器，從而增加了控制算法的復(fù)雜程度和系統(tǒng)硬件成本，且需要考慮各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。此外，三重化LVC-VSR在功率傳輸均衡運(yùn)行時(shí)，由于結(jié)構(gòu)特性的原因，每組VSR傳輸?shù)乃矔r(shí)功率中含有二次諧波分量，因此每組直流電容電壓的平均值雖能保持穩(wěn)定但卻存在二倍頻波動(dòng)，影響系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性；目前在工程應(yīng)用中可以通過增大直流側(cè)電容或者采用LC無源濾波器來濾除直流電壓波動(dòng)，但卻增加系統(tǒng)體積和硬件成本。因此，針對(duì)該變換器需要研究一種硬件需求量少，運(yùn)算量小，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的控制方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)該整流器功率傳輸?shù)木夥€(wěn)定和網(wǎng)側(cè)單位功率因素運(yùn)行，而且可以保證各直流側(cè)電容電壓的恒定相等，提高系統(tǒng)可靠性。相關(guān)文獻(xiàn)[1]E.Cengelci,P.Enjeti,C.Singh,andF.Blaabjerg,^NewmediumvoltagePWMinvertertopologiesforadjustablespeedACmotordrivesystems,”inProc.IEEEAppliedPowerElectron.Conf.,1998,vol.2,pp.565-571.[2]ff.Jun,andK.M.Smedley,“Synthesisofmultilevelconvertersbasedonsingle-and/orthree-phaseconverterbuildingblocks,，，IEEETrans.Ind.Electron.,vol.23,no.3,pp.1247-1256，May2008.[3]何金平，毛承雄，陸繼明，等.三相線電壓級(jí)聯(lián)多電平變換器原理及仿真研究[J].高電壓技術(shù)，2007，33(4):170-174.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于解決三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器存在的技術(shù)問題，提出一種針對(duì)該結(jié)構(gòu)的比例諧振控制方法。該方法硬件需求量少，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和算法簡(jiǎn)單，不僅可以在兩相靜止坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)該整流器功率傳輸?shù)木夥€(wěn)定，調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)功率因素，而且可以有效抑制各直流電容電壓的二倍頻波動(dòng)，改善系統(tǒng)的電能質(zhì)量，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的比例諧振控制方法采用以下技術(shù)方案(I)首先將三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器等效為一個(gè)三相電壓型變換器的開關(guān)電路，等效后的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)的等效交流側(cè)電感Lfx為濾波電感與限流電感合成的等效電感，等效交流側(cè)電壓為各級(jí)聯(lián)整流器單元交流側(cè)電壓的2倍，等效直流側(cè)電壓Udc^q為各直流電容電壓均值的2倍，等效電容Crai為各級(jí)聯(lián)整流器單元直流側(cè)電容的一半；然后由該等效開關(guān)電路得到該整流器在兩相a^靜止坐標(biāo)系下的等效開關(guān)電路數(shù)學(xué)模型「nK]rx]r^a]「及fOlpaIlL{xdiJdt「nn*i0\丨二=__<」2wpepQRtI&d/p/d/式中，u’a、u’0為三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器等效開關(guān)電路在a^坐標(biāo)系下的等效相電壓；ua、ue為各組VSR單元在a^坐標(biāo)系下的交流側(cè)相電壓；ea,e0為三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器在a^坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)相電壓；ia、ie為三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器在a^坐標(biāo)系下的交流側(cè)輸入線電流；Lfx=Lf+Lx/3，為等效開關(guān)電路的等效電感；Lf為濾波電感；Lx為限流電感；Rf為濾波電感內(nèi)阻。(2)建立瞬時(shí)功率-電流模型4,ref21eaePPm!.~T，LWJ34+卞PJL^ref.式中，ia,Mf、ie,Mf為三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器在a^坐標(biāo)系下的交流側(cè)線電流參考值；pref,Qref為三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器網(wǎng)側(cè)輸入的總瞬時(shí)有功和無功功率參考值；其中，pref—3GPI(s)(Udc,ref_Udc，av)Udc,re;f，式中，Udc;,Mf為各組直流側(cè)電容電壓的參考值；Udc’av為三組VSR直流側(cè)電容電壓的平均值；Gpi(S)=+&為比例積分PI控制器數(shù)學(xué)表達(dá)式，式中Kvp、Kvi分別為PI控制器S的比例系數(shù)和積分系數(shù)，s為微分算子；(3)建立電壓補(bǔ)償量數(shù)學(xué)模型權(quán)利要求1.一種三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的比例諧振控制方法，其特征在于包括如下幾個(gè)階段(1)首先將三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器等效為一個(gè)三相電壓型變換器的開關(guān)電路，等效后的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)的等效交流側(cè)電感Lfx為濾波電感與限流電感合成的等效電感，等效交流側(cè)電壓為各級(jí)聯(lián)整流器單元交流側(cè)電壓的2倍，等效直流側(cè)電壓Ud。，為各直流電容電壓均值的2倍，等效電容Crai為各級(jí)聯(lián)整流器單元直流側(cè)電容的一半；然后由該等效開關(guān)電路得到該整流器在兩相a3靜止坐標(biāo)系下的等效開關(guān)電路數(shù)學(xué)模型全文摘要本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的功率變換器控制領(lǐng)域，涉及一種三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的比例諧振控制方法，包括建立該整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的等效開關(guān)電路、瞬時(shí)功率-電流和電壓補(bǔ)償量三個(gè)數(shù)學(xué)模型；檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓和網(wǎng)側(cè)三相輸入電流，經(jīng)坐標(biāo)變換模塊得到兩相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)電壓和輸入電流；檢測(cè)三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的直流側(cè)電容電壓；調(diào)節(jié)系統(tǒng)瞬時(shí)有功功率給定；計(jì)算得到兩相靜止坐標(biāo)系下系統(tǒng)輸入電流參考值；采用比例諧振控制器調(diào)節(jié)得到兩相靜止坐標(biāo)系下等效開關(guān)電路交流側(cè)電壓給定值；根據(jù)電壓補(bǔ)償量數(shù)學(xué)模型，產(chǎn)生控制三重化線電壓級(jí)聯(lián)型整流器的功率器件開關(guān)信號(hào)。本發(fā)明可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。文檔編號(hào)H02M7/12GK102723885SQ20121021331公開日2012年10月10日申請(qǐng)日期2012年6月26日優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日發(fā)明者周發(fā)強(qiáng),夏長(zhǎng)亮,王志強(qiáng),陳煒申請(qǐng)人:天津大學(xué)