级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法技术

技术编号:20368930 阅读:64 留言:0更新日期:2019-02-16 19:28
本发明专利技术提供了一种级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,包括:确定级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式;根据采样计算得到的级联型变流器中各个子模块的电容电压扰动量对触发脉冲进行排序;对采样得到的级联型变流器子模块的电容电压进行排序;计算级联型变流器子模块电容电压不平衡度;最后对级联型变流器子模块的触发脉冲进行重新分配。本发明专利技术适用于各种级联型变流器及其相应工况,能够高效地实现子模块电容电压的平衡控制,实现简单且具有较好的平衡效果。

Control Method of Capacitor Voltage Balance for Cascade Converter Submodule

The invention provides a capacitor voltage balance control method for cascade converter sub-modules, which includes: determining the asynchronous switching period division mode of each sub-module in cascade converter; sorting trigger pulses according to the capacitance voltage disturbance of each sub-module in cascade converter calculated by sampling; and capacitor electricity of the sampled cascade converter sub-modules. Voltage sequencing; calculation of capacitor voltage imbalance of cascade converter sub-module; finally, the trigger pulse of cascade converter sub-module is redistributed. The invention is suitable for various cascade converters and their corresponding working conditions, and can effectively realize the balance control of capacitor voltage of sub-modules, and achieve simple and good balance effect.

【技术实现步骤摘要】
级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法
本专利技术涉及电力电子
,具体地,涉及一种级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法。
技术介绍
级联型变流器具有良好的可扩展型以及较好的输出特性,被广泛应用于各种中、高压大功率电能变换场合,如柔性直流输电、无功补偿装置、储能、新能源发电、电机驱动等。由于级联变流器工况复杂,子模块电容的充放电能量、损耗和电容值等存在差异,容易导致各个子模块电容电压不平衡,降低了级联变流器的输出性能,严重时甚至导致系统无法安全可靠工作,因此必须对电容电压进行平衡控制。适用于级联变流器的调制方法主要有最近电平逼近调制(NLC)、载波移相脉宽调制(CPS-PWM)、以及载波层叠脉宽调制调制(PD-PWM)。相比于NLC调制和PD-PWM调制,CPS-PWM载波移相调制具有更好的谐波特性、更快的响应速度和固定的开关频率等优势,被广泛采用,尤其是在模块数相对较少的级联变流器应用场合。目前适用于CPS-PWM载波移相调制方法的子模块电容电压平衡控制技术主要分为两种:1.增加外部电路该方法通过构造公共的直流或交流母线以及外部平衡电路,将所有子模块的电容电压接入公共母线,来实现子模块电容电压自动平衡。但是,每个子模块都需要增加额外的硬件电路,使得装置的成本增高。2.微调电压调制波该方法通过电容电压均衡反馈控制回路得到的一个附加分量,叠加在电流控制回路产生的电压调制波上来实现电容电压的平衡控制。但是,叠加的附加分量,会导致调制波畸变,影响装置的输出性能;由于没有明确的数学模型,电容电压反馈控制器的参数整定较困难;另一方面,由于每个子模块都需要配置单独的电压平衡控制器,控制器的硬件要求增高,当级联型变流器子模块数增多时,其控制的复杂程度也会增加。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷,本专利技术的目的是提供一种级联型变流器子模块电容电压高效率的平衡控制方法。根据本专利技术提供的一种级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,包括:确定级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式;根据所述级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,进行相应的参量采样计算,获得各个子模块的电容电压扰动量,并对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压扰动量进行排序;根据所述级联型变流器中各个子模块参量采样计算所获得的电容电压,对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压进行排序;根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配;其中,所述预设的判断条件包括:各个子模块电容电压扰动量排序结果、各个子模块的电容电压的排序结果、子模块的电容电压不平衡度、子模块电容电压扰动量的差值中的任一或者任多组合。可选地,确定级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,包括:假设采用载波移相调制的级联变流器的一个桥臂中,包含有N个级联子模块,相邻的级联子模块载波的相角相差为2π/N,从N个级联子模块中任意选取一个子模块作为第一模块,将第一模块的载波作为基准载波,记为Tri1,定义第一模块的移相角为0;相位依次滞后2π/N的N-1个模块所对应的载波分别记为Tri2、Tri3、…、TriN;每个子模块所对应的电压调制波分别记为um1、um2、…、umN,每个子模块对应的电压调制系数记为d1、d2、…、dN;桥臂电流或子模块的输入电流记为Iarm;每个子模块的电容电压分别记为uc1、uc2、…、ucN;定义每个子模块各自载波相邻两个峰值之间的时间为的所对应子模块的开关周期;其中,各个子模块的开关周期同步,或者不同步。可选地,根据所述级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,进行相应的参量采样计算,获得各个子模块的电容电压扰动量,并对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压扰动量进行排序,包括:当各个子模块所对应的载波到达峰值或波谷时,采样获得各个子模块的参量数据,并通过计算得到各个子模块电容电压扰动量;比较同一桥臂内任意两个子模块的电容电压扰动量,并确定电容电压扰动量的排序,定义Pertur_i为第i个子模块的电容电压扰动量;Pertur_j为第j个子模块的电容电压扰动量;1≤i<j≤N,N为同一桥臂级联子模块的数量;当Pertur_i-Pertur_j≥0时,同一桥臂内子模块电容电压扰动量排序规律从大到小为:Pertur_1≥Pertur_2≥Pertur_3≥…≥Pertur_N当Pertur_i-Pertur_j≤0时,同一桥臂内子模块电容电压扰动量排序规律从小到大为:Pertur_1≤Pertur_2≤Pertur_3≤…≤Pertur_N。可选地,根据所述级联型变流器中各个子模块参量采样计算所获得的电容电压,对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压进行排序,包括:对uc1_sam、uc2_sam、…、ucN_sam进行升序或降序排列;其中,uc1_sam为第1个子模块的电容电压采样值,uc2_sam为第2个子模块的电容电压采样值,ucN_sam为第N个子模块的电容电压采样值,其中,下标1、2、…、N为子模块的序号。可选地,在根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配之前,还包括:根据所述级联型变流器子模块参量数据,计算所述级联型变流器子模块的电容电压不平衡度;其中,所述级联型变流器子模块的电容电压不平衡度Deg_unbal的计算公式如下:Deg_unbal=MAX{uc1_sam~ucN_sam}-MIN{uc1_sam~ucN_sam};其中:MAX{}表示取最大值,MIN{}表示取最小值。可选地,根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配,包括:定义第i个子模块的电压调制系数di和载波Trii生成第i个触发脉冲Swi,同一桥臂内N个级联子模块的触发脉冲分别记为:Sw1、Sw2、…、SwN;采用以下任一或任多方式对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配:方式一:在第一个子模块的开关周期开始时,计算Dperturi-perturj(t)=Pertur_i(t)-Pertur_j(t),其中,1≤i<j≤N,N为一个桥臂内级联子模块的数量;计算Dperturi-perturj(t-T1)=Pertur_i(t-T1)-Pertur_j(t-T1),其中,1≤i<j≤N,N为一个桥臂内级联子模块的数量;T1为采样周期,T1=Ts/2或者T1=Ts;Ts为开关周期;Dperturi-perturj(t)为当前采样周期内第i个子模块与第j个子模块电容电压扰动量的差值,Pertur_i(t)为当前采样周期内第i个子模块的电容电压扰动量,Pertur_j(t)为当前采样周期内第j个子模块的电容电压扰动量,Dperturi-perturj(t-T1)为上一个采样周期内第i个子模块与第j个子模块电容电压扰动量的差值,Pertur_i(t-T1)为上一个采样周期内第i个子模块的电容电压扰动量,Pertur_j(t-T1)为上一个采样周期内第j个子模块的电容电压扰动量;求取SIGN{Dperturi-perturj(t)}和SIGN{Dperturi-perturj(t-T1)},其中:SIGN{}表示符号函本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,包括:确定级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式;根据所述级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,进行相应的参量采样计算,获得各个子模块的电容电压扰动量,并对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压扰动量进行排序;根据所述级联型变流器中各个子模块参量采样计算所获得的电容电压,对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压进行排序;根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配;其中,所述预设的判断条件包括:各个子模块电容电压扰动量排序结果、各个子模块的电容电压的排序结果、子模块的电容电压不平衡度、子模块电容电压扰动量的差值中的任一或者任多组合。

【技术特征摘要】
1.一种级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,包括:确定级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式;根据所述级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,进行相应的参量采样计算,获得各个子模块的电容电压扰动量,并对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压扰动量进行排序;根据所述级联型变流器中各个子模块参量采样计算所获得的电容电压,对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压进行排序;根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配;其中,所述预设的判断条件包括:各个子模块电容电压扰动量排序结果、各个子模块的电容电压的排序结果、子模块的电容电压不平衡度、子模块电容电压扰动量的差值中的任一或者任多组合。2.根据权利要求1所述的级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,确定级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,包括:假设采用载波移相调制的级联变流器的一个桥臂中,包含有N个级联子模块,相邻的级联子模块载波的相角相差为2π/N,从N个级联子模块中任意选取一个子模块作为第一模块,将第一模块的载波作为基准载波,记为Tri1,定义第一模块的移相角为0;相位依次滞后2π/N的N-1个模块所对应的载波分别记为Tri2、Tri3、…、TriN;每个子模块所对应的电压调制波分别记为um1、um2、…、umN,每个子模块对应的电压调制系数记为d1、d2、…、dN;桥臂电流或子模块的输入电流记为Iarm;每个子模块的电容电压分别记为uc1、uc2、…、ucN;定义每个子模块各自载波相邻两个峰值之间的时间为的所对应子模块的开关周期;其中,各个子模块的开关周期同步,或者不同步。3.根据权利要求1所述的级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,根据所述级联型变流器中各个子模块的非同步开关周期划分方式,进行相应的参量采样计算,获得各个子模块的电容电压扰动量,并对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压扰动量进行排序,包括:当各个子模块所对应的载波到达峰值或波谷时,采样获得各个子模块的参量数据,并通过计算得到各个子模块电容电压扰动量;比较同一桥臂内任意两个子模块的电容电压扰动量,并确定电容电压扰动量的排序,定义Pertur_i为第i个子模块的电容电压扰动量;Pertur_j为第j个子模块的电容电压扰动量;1≤i<j≤N,N为同一桥臂级联子模块的数量;当Pertur_i-Pertur_j≥0时,同一桥臂内子模块电容电压扰动量排序规律从大到小为:Pertur_1≥Pertur_2≥Pertur_3≥…≥Pertur_N当Pertur_i-Pertur_j≤0时,同一桥臂内子模块电容电压扰动量排序规律从小到大为:Pertur_1≤Pertur_2≤Pertur_3≤…≤Pertur_N。4.根据权利要求1所述的级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,根据所述级联型变流器中各个子模块参量采样计算所获得的电容电压,对所述级联型变流器中各个子模块的电容电压进行排序,包括:对uc1_sam、uc2_sam、…、ucN_sam进行升序或降序排列;其中,uc1_sam为第1个子模块的电容电压采样值,uc2_sam为第2个子模块的电容电压采样值,ucN_sam为第N个子模块的电容电压采样值,其中,下标1、2、…、N为子模块的序号。5.根据权利要求4所述的级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,在根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配之前,还包括:根据所述级联型变流器子模块参量数据,计算所述级联型变流器子模块的电容电压不平衡度;其中,所述级联型变流器子模块的电容电压不平衡度Deg_unbal的计算公式如下:Deg_unbal=MAX{uc1_sam~ucN_sam}-MIN{uc1_sam~ucN_sam};其中:MAX{}表示取最大值,MIN{}表示取最小值。6.根据权利要求1所述的级联型变流器子模块电容电压平衡控制方法,其特征在于,根据预设的判断条件,对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配,包括:定义第i个子模块的电压调制系数di和载波Trii生成第i个触发脉冲Swi,同一桥臂内N个级联子模块的触发脉冲分别记为:Sw1、Sw2、…、SwN;采用以下任一或任多方式对所述级联型变流器中各个子模块的触发脉冲进行重新分配:方式一:在第一个子模块的开关周期开始时,计算Dperturi-perturj(t)=Pertur_i(t)-Pertur_j(t),其中,1≤i<j≤N,N为一个桥臂内级联子模块的数量;计算Dperturi-perturj(t-T1)=Pertur_i(t-T1)-Pertur_j(t-T1),其中,1≤i<j≤N,N为一个桥臂内级联子模块的数量;T1为采样周期,T1=Ts/2或者T1=Ts;Ts为开关周期;Dperturi-perturj(t)为当前采样周期内第i个子模块与第j个子模块电容电压扰动量的差值,Pertur_i(t)为当前采样周期内第i个子模块的电容电压扰动量,Pertur_j(t)为当前采样周期内第j个子模块的电容电压扰动量,Dperturi-perturj(t-T1)为上一个采样周期内第i个子模块与第j个子模块电容电压扰动量的差值,Pertur_i(t-T1)为上一个采样周期内第i个子模块的电容电压扰动量,Pertur_j(t-T1)为上一个采样周期内第j...

【专利技术属性】
技术研发人员:马柯王卫耀蔡旭
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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