一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法技术

本发明专利技术提供了一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法，本发明专利技术以提高电网谐波背景下变流器的控制性能为目标，以单相级联H桥变流器为对象，提出了自然坐标系下改进的单位矢量定向直接电流控制策略，实现输出电流功率因数可控且电流总谐波畸变率满足电网要求；本发明专利技术所述控制方法使用延时信号对消方法实现对电网基波频率分量的快速提取，求出自然坐标下的理想单位矢量用以定向，从而得到准确的电流参考值，使用性能优越的比例谐振控制器进行直接电流控制；并通过畸变电压比例前馈进一步消除谐波背景对控制系统的影响。除谐波背景对控制系统的影响。除谐波背景对控制系统的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法


[0001]本专利技术属于涉及变流器控制
，具体涉及一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法。

技术介绍

[0002]级联H桥多电平变流器因其模块化设计、控制简单，可利用较低电压等级的功率器件实现较高电压等级应用等特点，被广泛应用于高压直流输电、电机驱动、柔性交流输电、新能源发电并网等领域。近年来，电力系统有着电力电子化的趋势：非线性负载越来越多，可再生能源在传统电网中的渗透率越来越高，各种形式的微网、弱电网相继出现，这一趋势导致传统电网中不可避免的出现较多的低次谐波分量。当电网含有谐波分量时，传统控制策略将使得级联H桥变流器输出的电流出现严重畸变，导致器件性能劣化、损坏，严重的可能导致系统故障。
[0003]级联H桥变流器的传统控制策略，主要是同步旋转坐标下的矢量控制，同步旋转坐标下交流量被转换为直流量，所以可使用较为简单的比例-积分控制器实现电流的解耦控制。但是，将控制量转换到同步旋转坐标下需要复杂的坐标变换，且坐标变换需要电网电压的相角，所以还需要设计结构复杂的锁相环，使得实际应用并不简单。此外，在电网电压存在谐波时，谐波分量经过坐标变换会交叉耦合变得更为恶劣，锁相环的性能也会下降，导致控制效果变差。
[0004]为了消除电网谐波对变流器控制的影响，提取出理想的正弦电网电压信号是非常重要的环节。常用的提取工具包括低通滤波器以及带通滤波器，为了过滤低次谐波的效果足够好，常用的低通滤波器，或如二阶广义积分器、降阶广义积分器等带通滤波器的截止频率往往只能设计得尽量低，因而降低了整个控制系统的稳定性以及鲁棒性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：针对上述存在的不足，本专利技术提供一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制装置，包括滤波电感L、等效电阻R、n级级联H桥变流器、信号采集模块和控制模块；电网电流依次经过等效电阻R、滤波电感L以及n级级联H桥变流器；所述的信号采集模块采集n级级联H桥变流器输出交流电流信号i
sa
，电网电压信号u
s
，以及n级级联H桥变流器中各单相H桥单元直流侧电压信号u
dcj
；所述的信号采集模块将上诉采集的信号传输给控制模块，所述控制模块将运算结果传输到载波相移模块，所述波相移模块将调制信号进行调制生成PWM控制信号，并将PWM控制信号输出给n级级联H桥变流器；其中，n为级联H桥变流器级数，且n≥1。
[0008]进一步地，所述n级级联H桥变流器由n个单相H桥单元级联构成，每个H桥单元由4个带反并联二极管的IGBT、1个直流电容和1个电阻构成；每2个带有反并联二极管的IGBT串联构成一个桥臂，构成的2个桥臂并联；直流电容与2个桥臂并联；电阻与直流电容并联。
[0009]在上述一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制装置结构基础上实现的一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法，包括如下几个步骤：对n级级联H桥变流器进行采集，获取到电网电压信号u
s
、n级级联H桥变流器输出交流电流信号i
sa
、以及n级级联H桥变流器中各H桥单元直流侧电压信号u
dcj
；对电网电压信号u
s
进行处理；得到同步电压根据同步电压得到n级级联H桥变流器交流侧输出电流信号根据n级级联H桥变流器交流侧输出电流信号n级级联H桥变流器输出交流电流信号i
sa
，得到电压调制信号将电压调制信号进行调制，生成控制信号控制n级级联H桥变流器。
[0010]进一步地，所述同步电压具体为所述电网电压的正序基频分量；对电网电压信号u
s
进行处理具体为采用延时信号对消方法进行电网电压的正序基频分量提取，所述延时信号对消方法表达式子如下：其中，T为电网电压周期，t为时间，x为延时系数。
[0011]进一步地，所述n级级联H桥变流器交流侧输出电流信表达式子为：其中，为有功电流，v
a，b，c
为单位有功矢量，为给定的无功电流，w
a，b，c
为单位无功矢量。
[0012]进一步地，所述单位无功矢量w
a，b，c
为：其中，w
a
、w
b
、w
c
为单位无功矢量v
a
、v
b
、v
c
为单位有功矢量；所述单位有功矢量v
a，b，c
表达式子为：其中，e
a
、e
b
、e
c
为自然坐标系下的理想三相电压信号，v
a
、v
b
、v
c
为单位有功矢量，
其中，e
a
、e
b
、e
c
为自然坐标系下的理想三相电压信号；所述自然坐标系下的理想三相电压信号表达式子为：其中，T为电网电压周期，t为时间，为同步电压。
[0013]进一步地，所述有功电流具体为通过电压误差值Δu
dcd
经比例积分PI调节器控制调节得到；所述比例积分PI调节器由控制模块运算实现；所述电压误差值Δu
dcd
表达式子为：其中，∑u
dcj
为n级级联H桥变流器中各单相H桥单元直流侧总的电压信号，为参考值。
[0014]进一步地，所述电压调制信号表达式子为：其中，u
r
为PI调节信号，为PR调节信号，u
s
为电网电压信号；k1为含谐波背景电网电压的比例前馈；所述含谐波背景电网电压的比例前馈k1表达式子为：其中，u
c
为载波移相方法中的载波幅值，u
dc
为级联H桥变流器中各单相H桥单元瞬时的实际总电压。
[0015]进一步地，所述PI调节信号u
r
具体通过电压差值Δu
dc
经比例积分PI调节器控制调节得到；所述比例积分PI调节器由控制模块运算实现；所述电压差值Δu
dc
表达式子为：其中，u
dcj
为n级级联H桥变流器中各单相H桥单元直流侧电压信号，u
dc
为级联H桥变流器中各单相H桥单元瞬时的实际总电压信号，n为单相H桥单元总数；所述PR调节信号具体通过电流差值Δi
sa
经比例谐振PR调节器控制调节得到；所述所述比例谐振PR调节器由控制模块运算实现；所述电流差值Δi
sa
表达式子为：其中，为级级联单相H桥变流器交流侧输出电流信号，i
sa
为n级级联H桥变流器输出交流电流信号。
[0016]进一步地，所述控制模块将所述调制电压信号通过载波相移模块进行调制，生成PWM控制信号，所述载波相移模块将PWM控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制装置，其特征在于，包括滤波电感L、等效电阻R、n级级联H桥变流器、信号采集模块和控制模块；电网电流依次经过等效电阻R、滤波电感L以及n级级联H桥变流器；所述的信号采集模块采集n级级联H桥变流器输出交流电流信号i
sa
，电网电压信号us，以及n级级联H桥变流器中各单相H桥单元直流侧电压信号u
dcj
，其中，j＝1，2，3，...，n；所述的信号采集模块将上述采集的信号传输给控制模块，所述控制模块将运算结果传输到载波相移模块，所述波相移模块将调制信号进行调制生成PWM控制信号，并将PWM控制信号输出给n级级联H桥变流器；其中，n为级联H桥变流器级数，且n≥1。2.根据权利要求1所述一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制装置，其特征在于，所述n级级联H桥变流器由n个单相H桥单元级联构成，每个H桥单元由4个带反并联二极管的IGBT、1个直流电容和1个电阻构成；每2个带有反并联二极管的IGBT串联构成一个桥臂，构成的2个桥臂并联；直流电容与2个桥臂并联；电阻与直流电容并联。3.根据权利要求1-2任一项所述的一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制装置结构基础上实现的一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法，其特征在于，包括如下几个步骤：对n级级联H桥变流器进行采集，获取到电网电压信号u
s
、n级级联H桥变流器输出交流电流信号i
sa
、以及n级级联H桥变流器中各H桥单元直流侧电压信号u
dcj
；对电网电压信号u
s
进行处理；得到同步电压根据同步电压得到n级级联H桥变流器交流侧输出电流信号根据n级级联H桥变流器交流侧输出电流信号n级级联H桥变流器输出交流电流信号i
sa
，得到电压调制信号将电压调制信号进行调制，生成控制信号控制n级级联H桥变流器。4.根据权利要求3所述一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法，其特征在于，所述同步电压具体为所述电网电压的正序基频分量；对电网电压信号u
s
进行处理具体为采用延时信号对消方法进行电网电压的正序基频分量提取，所述延时信号对消方法表达式子如下：其中，T为电网电压周期，t为时间，x为延时系数。5.根据权利要求3所述一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法，其特征在于，所述n级级联H桥变流器交流侧输出电流信表达式子为：其中，为有功电流，v
a，b，c
为单位有功矢量，为给定的无功电流，w
a，b，c
为单位无功矢量。6.根据权利要求5所述一种电网谐波背景下的级联H桥变流器控制方法，其特征在于，
所述单位无功矢量w
a，b，c
为：其中，w
a
、w
b
、w
c
为单位无功矢量，v
a

【专利技术属性】
技术研发人员：杨达亮，陈爽，杨林航，陈思远，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：