用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法制造技术

本发明专利技术公开了一种用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法，该方法应用于级联H桥变换器相间功率控制，可以拓展级联H桥相间功率的调节范围，提高变换器直流母线电压利用率，并以闭环控制形式防止三相调制波注入零序电压后发生过调制。其特点为：获取级联H桥三相原始调制波和零序信号基频成分Vzero，f；再将调制信号分别送入过调制成分提取函数fext，得到过调制成分提取信号D

Optimal injection method of closed-loop zero sequence voltage for cascaded H-bridge converter

【技术实现步骤摘要】
用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法
本专利技术涉及变流器
，特别是涉及一种闭环零序电压优化注入法，具体来说，该方法应用于级联H桥变换器相间功率控制，可以拓展零序电压注入范围，提高变换器直流母线电压利用率，并以闭环控制形式防止三相调制波注入零序电压后发生过调制。
技术介绍
变流技术是将电能由直流转变为交流或交流转变为直流的技术，在当今工业应用中扮演着重要的角色。级联H桥变流器在高压大功率供能场合应用非常广泛，其原理是以四个开关管所构成的H桥电路作为基本单元，采用串联形式搭建主电路，再配以相应的调制方法，控制开关管的开关状态，使输入/输出电流波形近似正弦。三相级联H桥变流器由于采用级联H桥模块单元构成，各模块单元输出功率需要进行均衡，分为相间功率均衡与相内功率均衡。对于相间功率均衡，工业界通常采用在三相调制信号中注入一个特定的零序信号，从而灵活调整各相输出功率。零序电压注入后调制信号幅值可能超过载波幅值，发生过调制问题，此时级联H桥功率均衡与输出电流电能质量无法达到要求。
技术实现思路
针对零序电压注入后调制信号幅值可能超过载波幅值，发生过调制问题，本专利技术提出一种用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法，通过所设计的闭环控制算法，生成包含对应基频分量的不规则零序电压，减小零序电压注入后调制信号幅值，从而扩展级联H桥相间功率调节范围。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法，包括以下步骤：(1)通过电流控制器获取级联H桥三相原始调制波da、db、dc；(2)通过相间功率控制器获取待注入零序电压幅值Ezero与相角θzero，用零序电压幅值与相角产生零序信号基频成分Vzero，f，计算公式为：Vzero，f＝Ezerosin(ωf·t+θzero)(1-1)其中ωf为截止频率，t为采样时间；(3)将信号da、db、dc分别送入过调制成分提取函数fext，得到过调制成分的波形将和相加得到信号Dover，过调制成分提取函数Dover表达式为：其中di(i＝a，b，c)为三相原始调制波，threshold为调制波过调制阈值，取0.95；(4)将步骤(3)所得Dover分别经过低通滤波传递函数Gf(s)、增益系数K与基频陷波器Gtrap(s)，得到用于抑制过调制的零序信号成分Vzero，h；其中Gf(s)为低通滤波传递函数，其表达式为：其中ωcut为一阶低通滤波器截止角频率，s是复频域的变量；(5)将步骤(4)所得Vzero，h与步骤(2)得到的零序信号基频成分Vzero，f相加，得到优化零序电压Vzero，op，并将优化零序电压Vzero，op注入到原始调制波da、db、dc中，得到开关信号Sa、Sb、Sc。进一步的，步骤(2)～(5)共同构成三相输出功率控制结构，控制结构对应传递函数公式为：Vzero，h＝[fext(da)+fext(db)+fext(dc)]·Gf(s)·K·Gtrap(s)(1-5)ωc为陷波器截止角频率，ω0为工频对应的角频率；ωcut为一阶低通滤波器截止角频率；Vzero，op＝Vzro，f+Vzero，h(1-8)Sa＝da+Vzero，op(1-9)Sb＝db+Vzero，op(1-10)Sc＝dc+Vzero，op(1-11)与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术应用于级联H桥变换器相间功率控制，省略了复杂的三角函数计算，直接通过功率误差的比例积分控制，可以以较低运算量实现优化不规则零序电压的快速生成；并通过过调制提取函数，减小零序电压注入后调制信号幅值，减少过调制情况的发生，从而扩展级联H桥相间功率调节范围；同时通过闭环控制可以提高相间功率控制的准确性和精度，具有一定的工程实践意义。附图说明图1为本专利技术实施中三相级联H桥并网变换器拓扑结构示意图。图2a为本专利技术实施中三相级联H桥并网变换器控制结构示意图。图2b为本专利技术实施中零序电压优化控制器结构图。图3为本专利技术网侧电压波形图。图4a为三相功率平衡且相等情况下的网侧电流波形。图4b为采用闭环零序电压注入法实现三相功率重新分配且平衡的网侧电流波形。图4c为采用本专利技术提出的闭环零序电压优化注入法实现三相功率重新分配且平衡的网侧电流波形。图5a为三相功率平衡且相等情况下的三相功率控制效果图。图5b为采用闭环零序电压注入法实现三相功率重新分配且平衡的三相功率控制效果图。图5c为采用本专利技术提出的闭环零序电压优化注入法实现三相功率重新分配且平衡的三相功率控制效果图。图6a为三相功率平衡且相等情况下的级联H桥变换器输出调制信号波形。图6b为采用闭环零序电压注入法实现三相功率重新分配且平衡的情况下的级联H桥变换器输出调制信号波形。图6c为采用本专利技术提出的闭环零序电压优化注入法实现三相功率重新分配且平衡的情况下的级联H桥变换器输出调制信号波形。图7a为采用本专利技术前的零序电压Vzero，f注入波形图。图7b为采用本专利技术提出的闭环零序电压优化注入法后的零序电压Vzero，op注入波形图。具体实施方式下面结合图表对本专利技术用于级联H桥变换器功率均衡的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。以并网运行的级联H桥变换器为例，图1是本专利技术在该工况下具体实施方式的拓扑结构示意图，图2a和图2b为控制结构示意图。如图1所示，级联变换器由结构完全相同的H桥变换器模块单元串联而成，各模块单元直流侧可接入电池、光伏、直流负荷等源荷设备，从而实现低压源荷装置接入中高压电网。由于各模块所发出功率各不相同，同时三相并网电流需要平衡，此时必须要向三相调制信号中注入零序信号以保证三相输出功率达到要求并保持三相电流平衡，当各相发出功率差异较大时，注入零序信号幅值较大，可能会发生某相过调制的情况，此时需要应用本专利技术抑制三相调制信号过调制，同时保证电流电能质量不受影响。本专利技术用于级联H桥变流器功率控制的基本步骤如下：步骤1：通过电流控制器获取级联H桥三相原始调制波da、db、dc。步骤2：通过相间功率控制器获取待注入零序电压幅值Ezero与相角θzero，用零序电压幅值与相角产生零序信号基频成分Vzero，f，将其加入到步骤(1)所得的三相原始调制波da、db、dc中，产生信号Da、Db、Dc，计算公式为：Vzero_f＝Ezerosin(ωf·t+θzero)(1-1)Da＝Vzero，f+da(1-2)Db＝Vzero，f+db(1-3)Dc＝Vzero，f+dc(1-4)其中ωf为截止频率，t为采样时间。步骤3：将信号da、db、dc分别送入过调制成分提取函数fext(x)，得到过调制成分的波形将其相加得到信号Dover。过调制成分提取函数fext(x)表达式为：T为x的任一限值。因此，过调制成分提取函数Dover表达式为：threshold为调制波过调制阈值，一般取0.95。步骤4：将步骤3所得Dover分别经过低通滤波传递函数Gf(s)、增益系数K与基频陷波器Gtrap(s)，得到用于抑制过调的零序信号成分Vzero，h。其中Gf(s)为低通滤波传递函数，其表达式为：其中ωcut为一阶低通滤波器截止角频率。步骤5：将步骤4所得Vzero，h与步骤二得到的零序信号基频成分Vzero本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过电流控制器获取级联H桥三相原始调制波da、db、dc；(2)通过相间功率控制器获取待注入零序电压幅值Ezero与相角θzero，用零序电压幅值与相角产生零序信号基频成分Vzero，f，计算公式为：Vzero，f＝Ezerosin(ωf·t+θzero)    (1‑1)其中ωf为截止频率，t为采样时间；(3)将信号da、db、dc分别送入过调制成分提取函数fext，得到过调制成分的波形

【技术特征摘要】
1.用于级联H桥变换器的闭环零序电压优化注入法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过电流控制器获取级联H桥三相原始调制波da、db、dc；(2)通过相间功率控制器获取待注入零序电压幅值Ezero与相角θzero，用零序电压幅值与相角产生零序信号基频成分Vzero，f，计算公式为：Vzero，f＝Ezerosin(ωf·t+θzero)(1-1)其中ωf为截止频率，t为采样时间；(3)将信号da、db、dc分别送入过调制成分提取函数fext，得到过调制成分的波形将和相加得到信号Dover，过调制成分提取函数Dover表达式为：其中di(i＝a，b，c)为三相原始调制波，threshold为调制波过调制阈值，取0.95；(4)将步骤(3)所得Dover分别经过低通滤波传递函数Gf(s)、增益系数K与基频陷波器Gtrap(s)，得到用于抑制过调制的零序信号成分Vzero，h；其中Gf(s)为低通滤波传递函数，其表达...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，杜李扬，李梦一，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12