一种大功率充放电系统电路拓扑结构及控制方法技术方案

一种大功率充放电系统电路拓扑结构及控制方法，属于电力电子技术领域，本发明专利技术解决了现有充放电系统电路中逆变器直接并联，模块间存在环流的问题。本发明专利技术根据实际需求将多组变流电路行并联，这种设计大大提高了变流器的输出功率。通过对变流电路注入零序分量电流的方法，有效抑制了并联模块间的环流，提高并联变流器的工作效率，并保证三电平结构中点电位的平衡。本发明专利技术适用于作为电力电子变换器使用。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率充放电系统电路拓扑结构及控制方法
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种充放电系统电路拓扑结构及方法。
技术介绍
电力电子变换器的性能直接影响着所接入电网和工作环境的电能质量。由于电网中的谐波源主要来源于各类变流装置，对各类变流装置的电压电流和输出性能的控制变得尤为重要，提高变流装置的工作性能成为治理电网谐波污染的一个重要方面和研究热点。T型NPC结构的三电平变流器因其效率高、开关器件少等特点被广泛地应用。为了实现对静止同步补偿器的扩容，可以将多个逆变器进行直接并联，使得系统不仅具备三电平结构的固有属性，在不增加开关器件应力的条件下可以有效提高系统容量，同时可以满足冗余控制，提高补偿器的可靠性。但是采用逆变器直接并联会出现并联模块间的环流问题。对于TNPC并联结构，环流是由开关动作不一致和中点电位脉动造成的，同时环流只在并联模块间流动，不会流入负荷或配电网。但环流过大会引起开关器件电压电流的不均衡，迫使变流器降额运行。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有充放电系统电路中逆变器直接并联，模块间存在环流的问题，提出了一种大功率充放电系统电路拓扑及控制方法。本专利技术所述的一种大功率充放电系统电路拓扑结构，它包括n个EMI滤波电路1、n个TNPC电路2、n个DC/DC变换电路3、死区控制器4、滞环比较器5、乘法器6、PID控制器7和环流控制器8；一个EMI滤波电路1与一个TNPC电路2、一个DC/DC变换电路3串联构成一组变流电路，n组变流电路并联在电网和负载之间；环流控制器8的电压信号输入端输入预设直流电压Ud*；0-t时间，环流控制器8向每组变流电路的TNPC电路2的控制信号输入端输入前馈控制信号；时间t后，停止输入前馈控制信号，采集每组变流电路中EMI滤波电路1的输出电流，将n组变流电路中EMI滤波电路1的输出电流输入至环流控制器8的电流信号输入端，环流控制器8判断n组变流电路中的n个电流的相位是否相同，当不全都相同时，环流控制器8向一组或多组变流电路中的TNPC电路2的控制信号输入端输入环流控制信号直至n个电流的相位均相同为止；当n个电流的相位均相同时，采集负载的输出电压Ud与预设直流电压Ud*同时输入到PID控制器7的信号输入端；PID控制器7输出的电流I*和采集的EMI滤波电路1输出的三相电压ua、ub、uc输入至乘法器6的信号输入端；乘法器6输出的交流侧给定电流值ia*、ib*、ic*和采集的EMI滤波电路1输出的三相电流ia、ib、ic输入至滞环比较器5的信号输入端；滞环比较器5输出的比较后信号和环流控制器8输出的前馈控制信号输入至每组变流电路的TNPC电路2的开关管触发信号输入端。一种大功率充放电系统电路拓扑结构的控制方法，该方法包括：步骤一、根据负载所需要的电压，设定预设直流电压Ud*，并将预设直流电压Ud*通过前馈控制器调节后经死区控制器4输入至TNPC电路2的前馈控制信号输入端；步骤二、t时间后停止向TNPC电路2输入前馈调节控制信号；采集每组变流电路的EMI滤波电路1输出的三相电流信号ia、ib、ic；步骤三、分别对每组变流电路的EMI滤波电路1输出的三相电流信号ia、ib、ic进行abc-dq相坐标变换，获得n个变流电路的n个d相电流信号id1,id2……idn；步骤四、对n个d相电流信号id1,id2……idn的相位进行比较，判断n个电流信号id1,id2……idn的相位是否相同，若相同，执行步骤六；否则执行步骤五；步骤五、通过注入零序分量的方法使n个电流信号id1,id2……idn的相位相同，执行步骤六；步骤六、对负载的输入电压和预设直流电压Ud*进行PID计算，获得交流侧给定电流幅值I*；步骤七、将交流侧给定电流幅值I*和任意一组变流电路的EMI滤波电路1输出的三相电压信号ua、ub、uc相乘，获得交流侧给定电流值ia*、ib*、ic*；步骤八、交流侧给定电流值ia*、ib*、ic*与任意一组变流电路的EMI滤波电路1输出的三相电流ia、ib、ic对应进行比较，获得TNPC电路2中开关管的触发信号；步骤九、将获得TNPC电路2中开关管的触发信号输入至每组变流电路的TNPC电路2，实现对大功率充放电系统电路拓扑结构的控制。本专利技术采用的主电路拓扑如图1和2所示。图2中双向AC/DC变换电路采用T型中点钳位式变换电路(TNPC)，双向DC/DC变换电路采用三电平DC/DC变换电路。其中，T型中点钳位式变换电路可工作在整流或逆变状态，实现交直流之间的能量变换；三电平DC/DC变换电路用于调节输出端电压，其中开关管的电压应力为输入电压的一半，降低了开关器件的成本，也提高了系统的可靠性。通过对大功率充放电系统在并联运行时，模块间由于开关动作不一致和中点电位脉动而存在的环流，导致变流器降额运行，系统效率低，能量转换率不高等问题，提出向变流器系统注入零序电流的方法，有效抑制了并联模块间的环流，提高了并联变流器的工作效率，并保证三电平结构中点电位的平衡。附图说明图1是本专利技术所述一种大功率充放电系统电路拓扑结构原理框图；图2是一组变流电路的电路图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种大功率充放电系统电路拓扑结构，它包括n个EMI滤波电路1、n个TNPC电路2、n个DC/DC变换电路3、死区控制器4、滞环比较器5、乘法器6、PID控制器7和环流控制器8；一个EMI滤波电路1与一个TNPC电路2、一个DC/DC变换电路3串联构成一组变流电路，n组变流电路并联后串联在电网和负载之间；环流控制器8的电压信号输入端输入预设直流电压Ud*；0-t时间，环流控制器8同时向每组变流电路的TNPC电路2的控制信号输入端输入前馈控制信号；时间t后，停止输入，采集每组变流电路的TNPC电路2的EMI滤波电路1的输出电流，将n组变流电路的TNPC电路2中的EMI滤波电路1的输出电流均输入至环流控制器8的电流信号输入端，环流控制器8向每组变流电路的TNPC电路2的控制信号输入端输入环流控制信号；采集负载的输出电压Ud与预设直流电压Ud*同时输入到PID控制器7的信号输入端；PID控制器7输出的电流I*和采集的EMI滤波电路1输出的三相电压ua、ub、uc输入至乘法器6的信号输入端；乘法器6输出的三相电流信号ia*、ib*、ic*和采集的EMI滤波电路1输出的三相电流ia、ib、ic输入至滞环比较器5的信号输入端；滞环比较器5输出的比较后信号和环流控制器8输出的前馈控制信号输入至每组变流电路的TNPC电路2的开关管触发信号输入端。本实施方式所述的一种高性能大功率快速充放电系统主电路拓扑，将一个EMI滤波电路1与一个TNPC电路2、一个DC/DC变换电路3串联构成一组变流电路，根据实际需求将多组变流电路并联，这种设计大大提高了变流的输出功率。解决了大功率充放电系统在并联运行时，变流电路间由于开关动作不一致和中点电位脉动而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率充放电系统电路拓扑结构，其特征在于，它包括n个EMI滤波电路(1)、n个TNPC电路(2)、n个DC/DC变换电路(3)、死区控制器(4)、滞环比较器(5)、乘法器(6)、PID控制器(7)和环流控制器(8)；一个EMI滤波电路(1)与一个TNPC电路(2)、一个DC/DC变换电路(3)串联构成一组变流电路，n组变流电路并联在电网和负载之间；环流控制器(8)的电压信号输入端输入预设直流电压Ud

【技术特征摘要】
1.一种大功率充放电系统电路拓扑结构，其特征在于，它包括n个EMI滤波电路(1)、n个TNPC电路(2)、n个DC/DC变换电路(3)、死区控制器(4)、滞环比较器(5)、乘法器(6)、PID控制器(7)和环流控制器(8)；一个EMI滤波电路(1)与一个TNPC电路(2)、一个DC/DC变换电路(3)串联构成一组变流电路，n组变流电路并联在电网和负载之间；环流控制器(8)的电压信号输入端输入预设直流电压Ud*；0-t时间，环流控制器(8)向每组变流电路的TNPC电路(2)的控制信号输入端输入前馈控制信号；时间t后，停止输入前馈控制信号，采集每组变流电路中EMI滤波电路(1)的输出电流，将n组变流电路中EMI滤波电路(1)的输出电流输入至环流控制器(8)的电流信号输入端，环流控制器(8)判断n组变流电路中的n个电流的相位是否相同，当不全都相同时，环流控制器(8)向一组或多组变流电路中的TNPC电路(2)的控制信号输入端输入环流控制信号直至n个电流的相位均相同为止；当n个电流的相位均相同时，采集负载的输出电压Ud与预设直流电压Ud*同时输入到PID控制器(7)的信号输入端；PID控制器(7)输出的电流I*和采集的EMI滤波电路(1)输出的三相电压ua、ub、uc输入至乘法器(6)的信号输入端；乘法器(6)输出的交流侧给定电流值ia*、ib*、ic*和采集的EMI滤波电路(1)输出的三相电流ia、ib、ic输入至滞环比较器(5)的信号输入端；滞环比较器(5)输出的比较后信号和环流控制器(8)输出的前馈控制信号输入至每组变流电路的TNPC电路(2)的开关管触发信号输入端。2.根据权利要求1所述的一种大功率充放电系统电路拓扑结构，其特征在于，还包括死区控制器(4)，所述死区控制器(4)的信号输入端连接环流控制器(8)的前馈信号输出端和滞环比较器(5)的信号输出端。3.根据权利要求1或2所述的一种大功率充放电系统电路拓扑结构，其特征在于，EMI滤波电路(1)包括电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc、电容Ca、电容Cb、电容Cc、电感La1、电感La2、电感Lb1、电感Lb2、电感Lc1和电感Lc2；电感La1的一端连接交流电源的a相电源输出端，电感La1的另一端同时连接电阻Ra的一端和电感La2的一端，电阻Ra的另一端连接电容Ca的一端；电感Lb1的一端连接交流电源的b相电源输出端，电感Lb1的另一端同时连接电阻Rb的一端和电感Lb2的一端，电阻Rb的另一端连接电容Cb的一端；电感Lc1的一端连接交流电源的c相电源输出端，电感Lc1的另一端同时连接电阻Rc的一端和电感Lc2的一端，电阻Rc的另一端连接电容Cc的一端；电容Cc的另一端同时连接电容Cb的另一端和电容Ca的一端；电感La2的另一端连接TNPC电路(2)的a相电源信号输入端；电感Lb2的另一端连接TNPC电路(2)的b相电源信号输入端；电感Lc2的另一端连接TNPC电路(2)的c相电源信号输入端。4.根据权利要求1或2所述的一种大功率充放电系统电路拓扑结构，其特征在于，TNPC电路(2)包括12个IGBT开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11和V12；IGBT开关管V1的集电极、IGBT开关管的集电极和IGBT开关管V3的集电极相连后作为TNPC电路(2)的正向电源信号输出端；IGBT开关管V4的发射极、IGBT开关管V5的发射极和IGBT开关管V6的发射极相连后作为TNPC电路(2)的负向电源信号输出端；IGBT开关管V1的发射极作为TNPC电路(2)的a相电源信号输入端；同时与IGBT开关管V4的集电极和IGBT开关管V7的集电极相连；所述IGBT开关管V7的发射极与IGBT...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓刚，杨宸，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23