本發(fā)明屬于電力電子
技術(shù)領(lǐng)域:
,更為具體地講,涉及一種三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法。
背景技術(shù):
:逆變器在新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,隨著變流設(shè)備系統(tǒng)功率容量和耐壓等級的不斷增加,單臺傳統(tǒng)兩電平逆變器已經(jīng)很難滿足實際大功率應(yīng)用要求,三電平逆變器能夠在一定程度上增加系統(tǒng)的功率容量和耐壓等級,同時具有更小的輸出電流諧波,但是仍無法滿足大功率場合的應(yīng)用需求。針對大功率應(yīng)用場合的實際要求,一種簡單有效的解決方法就是采用三電平逆變器并聯(lián)運行。但是對于有電流內(nèi)環(huán)的并網(wǎng)逆變器來說,并聯(lián)逆變器間會產(chǎn)生零序環(huán)流,零序環(huán)流的存在會增加系統(tǒng)的損耗,降低系統(tǒng)效率,造成并聯(lián)逆變器電流應(yīng)力的不均衡和嚴(yán)重的電磁干擾,而且會影響功率開關(guān)管的使用壽命,降低系統(tǒng)整體可靠性。國內(nèi)外學(xué)者對并聯(lián)逆變器間的零序環(huán)流抑制已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究,并提出了多種抑制方法,常見的抑制方法有切斷零序環(huán)路、增大零序環(huán)路阻抗和減小零序激勵源這三大類。切斷零序環(huán)路需要直流側(cè)分別接獨立電源或者網(wǎng)側(cè)通過變壓器隔離,這都會增加系統(tǒng)成本和體積,降低系統(tǒng)的效率,且不利于系統(tǒng)擴(kuò)容,實際一般很少采用;增大零序環(huán)路阻抗通常是在并聯(lián)逆變器的每相之間添加一個對于零序環(huán)流高阻抗的電抗器,以達(dá)到抑制零序環(huán)流的目的,但是電抗器對低頻零序環(huán)流的抑制能力有限,且電抗器的引入增加了系統(tǒng)成本和體積,降低了系統(tǒng)的效率,所以在實際應(yīng)用中也很少采用這種方法;減小零序激勵源的方法大部分控制策略都要采用PWM調(diào)制算法,一般都較復(fù)雜,不易實現(xiàn),同時并聯(lián)逆變器間需要載波同步,且三電平的零序環(huán)路和零序激勵源更復(fù)雜。模型預(yù)測算法基于逆變器模型,具有思想直觀簡單、系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快以及系統(tǒng)約束設(shè)置靈活等優(yōu)點,非常適合逆變器應(yīng)用,但是目前采用模型預(yù)測算法對其并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法研究還很少。技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法,該方法基于有限集模型預(yù)測控制原理,來抑制三電平逆變器并聯(lián)時產(chǎn)生的零序環(huán)流。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明一種三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法,其特征在于,包括以下步驟:(1)、采集三電平逆變器網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic和電網(wǎng)電壓ea、eb、ec,分別對網(wǎng)側(cè)電流和電網(wǎng)電壓進(jìn)行abc-αβ坐標(biāo)變換,得到靜止參考坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流iα、iβ和電網(wǎng)電壓eα、eβ;(2)、采集直流側(cè)電流idc和直流正負(fù)母線電容電壓Vc1、Vc2,直流正負(fù)母線電容電壓相加得到直流母線電壓Udc;(3)、計算27對預(yù)測電流值和27對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值:(3.1)、模型預(yù)測控制模塊根據(jù)步驟(1)所得的網(wǎng)側(cè)電流iα、iβ和電網(wǎng)電壓eα、eβ計算27對預(yù)測電流值(3.2)、模型預(yù)測控制模塊根據(jù)步驟(2)所得的直流側(cè)電流idc和直流正負(fù)母線電容電壓Vc1、Vc2以及網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic,計算27對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值(4)、由三相網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic相加得到零序環(huán)流iz,零序環(huán)流iz通過權(quán)重因子計算模塊計算得到權(quán)重因子λ1、λ2、λ3;(4.1)、設(shè)置權(quán)重因子λ2值;(4.2)、計算權(quán)重因子λ1的值:其中,izm為允許的最大零序環(huán)流;(4.3)、對權(quán)重因子λ1進(jìn)行限幅:其中,Limit_up和Limit_low是最高限幅值和最低限幅值;(4.4)、計算權(quán)重因子λ3的值:λ3=1-λ1-λ2;(5)、最優(yōu)成本函數(shù)模塊根據(jù)步驟(3)所得的27對預(yù)測電流值和27對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值,步驟(4)所得的權(quán)重因子以及給定電流指令值計算得到27個成本函數(shù)值g(1),…,g(k),…,g(27);(6)、最優(yōu)成本函數(shù)模中求27個成本函數(shù)值g(1),…,g(k),…,g(27)的最小值g:(7)、最優(yōu)成本函數(shù)模根據(jù)g所對應(yīng)的k值,得到對應(yīng)的最優(yōu)矢量Vopt,接著找到對應(yīng)的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài),再得到對應(yīng)的開關(guān)控制信號,進(jìn)而控制三電平逆變器各個IGBT的通斷。其中,所述的步驟(3)中,第k(k=1,2,…,27)對預(yù)測電流值計算表達(dá)式為:其中,Ts為采樣周期,R為線路阻抗,L為濾波電感;Uα(k)、Uβ(k)為第k個合成矢量在靜止參考坐標(biāo)系下的分解值。進(jìn)一步的,所述的步驟(3)中,第k對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值計算表達(dá)式為:其中,C為正負(fù)母線電容值;H1J(k)、H2J(k)分別為正負(fù)母第J(J=a,b,c)相電流系數(shù),SJ(k)為第k個合成矢量所對應(yīng)的第J相開關(guān)狀態(tài)值。更進(jìn)一步的,所述的步驟(5)中,第k個成本函數(shù)值計算表達(dá)式為:其中,λdc為中點電位調(diào)節(jié)因子。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明一種三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法,首先采集三電平逆變器網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic和電網(wǎng)電壓ea、eb、ec并分別對其進(jìn)行abc-αβ坐標(biāo)變換,得到靜止參考坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電流iα、iβ及電網(wǎng)電壓eα、eβ,然后采集直流側(cè)電流idc和直流正負(fù)母線電容電壓Vc1、Vc2,正負(fù)母線電容電壓相加得到直流母線電壓Udc;接著模型預(yù)測控制模塊根據(jù)所得的網(wǎng)側(cè)電流iα、iβ和電網(wǎng)電壓eα、eβ計算n對預(yù)測電流值,根據(jù)所得的直流側(cè)電流idc和直流正負(fù)母線電容電壓Vc1、Vc2以及網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic,計算n對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值;然后,三相網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic相加得到零序環(huán)流iz,零序環(huán)流iz通過權(quán)重因子計算模塊計算得到權(quán)重因子λ1、λ2、λ3;最后,最優(yōu)成本函數(shù)模塊根據(jù)所得的n對預(yù)測電流值和n對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值,所得的權(quán)重因子以及給定電流指令值計算得到n個成本函數(shù)值,并求出其中的最小值,在根據(jù)最小值得到最優(yōu)開關(guān)狀態(tài),最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)所對應(yīng)的開關(guān)控制信號控制三電平逆變器各個IGBT的通斷。本發(fā)明方法根據(jù)三電平逆變器不同開關(guān)狀態(tài)對零序環(huán)流的不同影響對開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行分區(qū),最優(yōu)成本函數(shù)模塊以及權(quán)重因子計算模塊均根據(jù)不通分區(qū)進(jìn)行計算,進(jìn)而得到最優(yōu)開關(guān)控制信號。本方法能同時跟蹤電流指令、平衡中點電位以及抑制并聯(lián)逆變器間的零序環(huán)流,方法具思想直觀簡單、系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點。附圖說明圖1為兩臺三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法系統(tǒng)示意圖;圖2為權(quán)重因子計算示意圖;圖3為采用本發(fā)明方法的零序環(huán)流和輸出電流波形圖;圖4為用本發(fā)明方法的中點電位波動波形圖;具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行描述,以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是,在以下的描述中,當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時,這些描述在這里將被忽略。實施例為方便描述,本實施例以兩臺帶單電感濾波器的三電平逆變器并聯(lián)運行系統(tǒng)為例,敘述兩臺三電平逆變器間零序環(huán)流抑制的具體方法:本實施例中,如圖1所示,本發(fā)明一種三電平逆變器并聯(lián)系統(tǒng)零序環(huán)流抑制方法,包括以下步驟:(1)、采集三電平逆變器網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic和電網(wǎng)電壓ea、eb、ec,分別對網(wǎng)側(cè)電流和電網(wǎng)電壓進(jìn)行abc-αβ坐標(biāo)變換,得到靜止參考坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流iα、iβ和電網(wǎng)電壓eα、eβ;在本實施例中,abc-αβ坐標(biāo)變換為(2)、采集直流側(cè)電流idc和直流正負(fù)母線電容電壓Vc1、Vc2,正負(fù)母線電容電壓相加得到直流母線電壓Udc;(3)、通常情況下,三電平逆變器共有27種開關(guān)狀態(tài),因此需要計算27對預(yù)測電流值和27對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值:(3.1)、模型預(yù)測控制模塊根據(jù)步驟(1)所得的網(wǎng)側(cè)電流iα、iβ和電網(wǎng)電壓eα、eβ計算27對預(yù)測電流值其中,第k(k=1,2,…,27)對預(yù)測電流值計算表達(dá)式為:Ts為采樣周期,R為線路阻抗,L為濾波電感,在本實施例中,Ts=100μs,R=10Ω,L=20mH;Uα(k)、Uβ(k)為第k個合成矢量在靜止參考坐標(biāo)系下的分解值,合成矢量在靜止參考坐標(biāo)系下分解值見表1;表1.合成矢量在靜止參考坐標(biāo)系下分解值(3.2)、模型預(yù)測控制模塊根據(jù)步驟(2)所得的直流側(cè)電流idc和直流正負(fù)母線電容電壓Vc1、Vc2以及網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic,計算27對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值其中,第k對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值計算表達(dá)式為:C為正負(fù)母線電容值,在本實施例中,C=500μF;H1J(k)、H2J(k)分別為正負(fù)母第J(J=a,b,c)相電流系數(shù),SJ(k)為第k個合成矢量所對應(yīng)的第J相開關(guān)狀態(tài)值,合成矢量所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)值見表2;表2.合成矢量所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)值k合成矢量SaSbSck合成矢量SaSbSck合成矢量SaSbSc1V110010V1001-119V191112V211011V11-11-120V200003V301012V12-11021V21-1-1-14V401113V13-11122V220-1-15V500114V14-10123V2300-16V610115V15-1-1124V24-10-17V71-1-116V160-1125V25-1008V810-117V171-1126V26-1-109V911-118V181-1027V270-10(4)、由三相網(wǎng)側(cè)電流ia、ib、ic相加得到零序環(huán)流iz,零序環(huán)流iz通過權(quán)重因子計算模塊計算得到權(quán)重因子λ1、λ2、λ3;(4.1)、設(shè)置權(quán)重因子λ2值;在本實施例中,λ2設(shè)置為0.5;(4.2)、計算權(quán)重因子λ1的值,如圖2所示:其中,izm為允許的最大零序環(huán)流,在本實施例中,izm=1A;(4.3)、對權(quán)重因子λ1進(jìn)行限幅,如圖2所示:其中,Limit_up和Limit_low是限幅值,在本實施例中,Limit_up取0.24,Limit_low取0.01;(4.4)、計算權(quán)重因子λ3的值:λ3=1-λ1-λ2;(5)、最優(yōu)成本函數(shù)模塊根據(jù)步驟(3)所得的27對預(yù)測電流值和27對預(yù)測正負(fù)母線電容電壓值,步驟(4)所得的權(quán)重因子以及給定電流指令值計算得到27個成本函數(shù)值g(1),…,g(k),…,g(27),第k個成本函數(shù)值計算表達(dá)式為:其中,λdc為中點電位調(diào)節(jié)因子,在本實施例中,λdc取0.1;(5)、最優(yōu)成本函數(shù)模中求27個成本函數(shù)值g(1),…,g(k),…,g(27)的最小值g:(6)最優(yōu)成本函數(shù)模根據(jù)g所對應(yīng)的k值,得到對應(yīng)的最優(yōu)矢量Vopt,接著找到對應(yīng)的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài),再得到對應(yīng)的開關(guān)控制信號,進(jìn)而控制三電平逆變器各個IGBT的通斷。圖3為采用本發(fā)明方法的零序環(huán)流和輸出電流波形圖,圖4為采用本發(fā)明方法的中點電位波動波形圖。本實施例中,給定每臺逆變器母線電壓450V,額定網(wǎng)側(cè)相電壓180V,電網(wǎng)頻率50Hz;其中兩臺逆變器濾波電感分別取為10mH和8mH;且其中逆變器一電流指令10A,逆變器二電流指令6A;通過圖3和圖4的仿真波形圖,可以看出零序環(huán)流幾乎為零,并網(wǎng)電流波形質(zhì)量好,且中點電位在很小的范圍內(nèi)波動,說明了本發(fā)明的有效性。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進(jìn)行了描述,以便于本
技術(shù)領(lǐng)域:
的技術(shù)人員理解本發(fā)明,但應(yīng)該清楚,本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍,對本
技術(shù)領(lǐng)域:
的普通技術(shù)人員來講,只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),這些變化是顯而易見的,一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。當(dāng)前第1頁1 2 3