一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法，该方法将电压型交流源置于H3IMC的电压型变换级（VSC）的交流侧，负载置于混合有源三次谐波注入变换级（H3C）的交流侧。在系统控制中，对负载电压幅值进行闭环控制，控制器输出作为电源电流中的有功分量的参考值，并根据输出滤波器吸收的无功分量计算出电源电流中的无功分量的参考值，由电源电流的闭环控制得到VSC的电压调制比和调制角度，从而使得系统正常工作，负载切换时保持电压幅值稳定，电源电流波形质量良好。本发明专利技术无需改变H3IMC拓扑结构，实现了性能良好的升压控制，适合运用于分布式发电等输入电压较小的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法
本专利技术涉及一种矩阵变换器控制方法，尤其涉及一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法，属于矩阵变换器控制领域。
技术介绍
分布式发电系统中，大量分散的电力需求与资源相互链接，成为大电网有益的辅助和重要补充，提高了供电的可靠性。为了满足不同用电负载的需求，功率变换器成为分布式发电系统的关键组成部分之一。矩阵变换器(MatrixConverter，MC)是一种直接AC-AC功率变换器。无需中间储能环节的优势，使其在多种应用场合越来越受到关注。混合有源三次谐波注入矩阵变换器(HybridActiveThird-HarmonicInjectionMatrixConverter，H3IMC)是MC的一种新型拓扑，拓扑包含具有三次谐波注入电路的三相不控整流级(H3C)与电压型逆变级(VSC)，如图1所示。H3IMC没有直流母线储能元件，继承了传统MC相对于传统的背靠背变换器在体积、重量和可靠性上的优势。此外，相对于传统MC，H3IMC还具有以下显著优点：1)两级变换器控制上解耦，无需传统MC因输入和输出耦合要求严格的协同配合控制策略，降低了调制算法实现的复杂性；2)虽然增加了元件，但其H3C比传统MC中整流级承受更小的电流应力，从而具有更高的可靠性和效率；3)H3C交流侧电流高次谐波含量更少，有利于减轻滤波器设计的压力；同时，其直流母线电压为平滑的六脉波，电磁兼容性更好；4)更重要的是，H3IMC的电压约束关系为：其中uhm为H3C交流侧电压幅值。虽然与传统MC类似，H3IMC从VSC交流侧到H3C交流侧也为升压变换，但H3C交流侧无功功率控制能力强，功率因数角的控制范围为即H3C交流侧无功功率任意可控。为适应分布式发电系统等输入电压较低的场合，实现升压发电具有实用价值。由拓扑所限制，H3IMC的功率由H3C流向VSC时，即正向运行时，最大电压传输比为0.866，得益于双向功率流动性质，H3IMC的功率由VSC流向H3C时，即反向运行时，电压传输比可高于1/0.866，从而为负载提供较高的电压。文献(L.Xiong,LohPC,W.Peng,etal,“Distributedgenerationusingindirectmatrixconverterinreversepowermode”IEEETransactionsonPowerElectronics.，vol.28,no.3,pp.1072-1082,2012)针对传统MC的反向运行状态采用了恒端电压闭环控制和变换器输入电流闭环控制策略，并对发电系统接负载和并网运行这两种工况分别进行了研究(L.Xiong,LohPC,B.F,etal,“Loadsharingusingdroopcontrolforparalleloperationofmatrixconvertersasdistributedgeneratorinterfacesinisolatedmode”2012IEEEEnergyConversionCongressandExposition，pp.962-968,Raleigh,NC,2012和L.Xiong,W.Peng,LohPC,etal,“Distributedgenerationinterfaceusingindirectmatrixconverterinboostmodewithcontrollablegridsidereactivepower”ProceedingsofIEEEConferenceonPowerandEnergy，pp.59-64,HoChiMinhCity,2012)。而对于H3IMC这种新型拓扑，还未有学者提出使其能反向升压发电的控制策略。与传统MC不同的是，H3IMC的H3C中的三次谐波注入功能提高了系统对无功功率的控制能力，使得输入电流控制可以有效的补偿输出滤波器吸收的无功功率。而传统MC的输入电流功率因数的控制范围为在负载较轻，特别是空载情况下，无法向输出侧提供滤波器吸收的无功功率。因此，一种基于升压运行状态的H3IMC的无功功率补偿技术具有实用价值。针对这一问题，需要对H3IMC的反向运行进行研究，提出一种使得H3IMC稳定升压运行的控制策略，并对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿，提高负载电压波形质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法，弥补了H3IMC反向升压发电运行控制方法的空缺，并对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿，提高负载电压波形质量。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法，将电压型交流源置于H3IMC的电压型变换级的交流侧，负载置于混合有源三次谐波注入变换级的交流侧；该方法包括如下步骤：步骤1，设置混合有源三次谐波注入变换级交流侧的三相负载电压的参考值，并据此得到混合有源三次谐波注入变换级的开关信号；步骤2，对混合有源三次谐波注入变换级交流侧的三相负载电压幅值进行闭环控制，得到闭环控制的控制器的输出值；步骤3，将步骤2得到的闭环控制的控制器的输出值作为电压型变换级交流侧输入电流中的有功分量的参考值，即d轴电流，对d轴电流进行闭环控制；计算输出滤波器吸收的无功功率，再计算得到电压型变换级交流侧输入电流中的无功分量的参考值，即q轴电流，对q轴电流进行闭环控制；并对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿；步骤4，计算得到电压型变换级输入侧的功率，根据该功率设置三次谐波参考值，对三次谐波进行闭环控制，得到谐波注入桥臂开关管的开关信号。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿具体如下：当空载时，需补偿的无功功率的计算公式为：当非空载时，需补偿的无功功率的计算公式为：其中，Q*为需补偿的无功功率，为所设定的负载电压幅值参考值，ω为负载电压角频率，Cf为输出滤波电容的容值，RL为负载的阻值，Lf为输出滤波器的电感值。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿，从电压型变换级侧得到需补偿的无功功率的计算公式为：其中，Q*为需补偿的无功功率，uid为输入d轴电压，uiq为输入q轴电压，为电压型变换级交流侧输入电流中的有功分量的参考值，为电压型变换级交流侧输入电流中的无功分量的参考值。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术通过闭环控制，稳定调节负载电压，使其满足负载的电压等级需求。2、本专利技术通过设置输入电流中的无功分量参考值，补偿输出滤波器吸收的无功功率，使得即使在空载条件下，保持负载电压波形良好。附图说明图1是本专利技术H3IMC正向运行系统拓扑结构图。图2是H3C扇区划分与开关状态图。图3是VSC电压矢量合成图。图4是一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法框图。图5是电源频率25-100Hz输入、负载侧仿真波形图，其中，(a)为25Hz，(b)为50Hz，(c)为75Hz，(d)为100Hz。图6是电源频率25-100Hz、负载1000W-300W切换仿真波形图，其中，(a)为25Hz，(b)为50Hz，(c)为75Hz，(d)为100Hz。图7是空载时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法，其特征在于，将电压型交流源置于H3IMC的电压型变换级的交流侧，负载置于混合有源三次谐波注入变换级的交流侧；该方法包括如下步骤：步骤1，设置混合有源三次谐波注入变换级交流侧的三相负载电压的参考值，并据此得到混合有源三次谐波注入变换级的开关信号；步骤2，对混合有源三次谐波注入变换级交流侧的三相负载电压幅值进行闭环控制，得到闭环控制的控制器的输出值；步骤3，将步骤2得到的闭环控制的控制器的输出值作为电压型变换级交流侧输入电流中的有功分量的参考值，即d轴电流，对d轴电流进行闭环控制；计算输出滤波器吸收的无功功率，再计算得到电压型变换级交流侧输入电流中的无功分量的参考值，即q轴电流，对q轴电流进行闭环控制；并对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿；步骤4，计算得到电压型变换级输入侧的功率，根据该功率设置三次谐波参考值，对三次谐波进行闭环控制，得到谐波注入桥臂开关管的开关信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合有源三次谐波注入变换器的升压控制方法，其特征在于，将电压型交流源置于H3IMC的电压型变换级的交流侧，负载置于混合有源三次谐波注入变换级的交流侧；该方法包括如下步骤：步骤1，设置混合有源三次谐波注入变换级交流侧的三相负载电压的参考值，并据此得到混合有源三次谐波注入变换级的开关信号；步骤2，对混合有源三次谐波注入变换级交流侧的三相负载电压幅值进行闭环控制，得到闭环控制的控制器的输出值；步骤3，将步骤2得到的闭环控制的控制器的输出值作为电压型变换级交流侧输入电流中的有功分量的参考值，即d轴电流，对d轴电流进行闭环控制；计算输出滤波器吸收的无功功率，再计算得到电压型变换级交流侧输入电流中的无功分量的参考值，即q轴电流，对q轴电流进行闭环控制；并对输出滤波器吸收的无功功率进行补偿；步骤4，计算得到电压型变换级输入侧的功率，根据该功率设置三次谐波参考值，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱奕琦，周波，单竞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32