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