一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法，其技术方案包括以下步骤：步骤1，引入有源电阻值R

【技术实现步骤摘要】
一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变压器
，尤其涉及一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法。

技术介绍

[0002]电力电子变压器(PET)又称为能量路由器，相比传统电力变压器，PET不仅能实现电压等级变换、电气隔离和能量传递等功能，还能实现潮流控制、电能质量控制等额外功能，是未来电力系统发展的趋势。PET高压侧的三相级联H桥(CHB)在输出基波(工频50Hz)分量电压的同时，其开关工作模式会在其输出电压中引入开关次高频谐波，单L滤波器的大的高频阻抗可滤除高频谐波；为防止H桥直通所加入的死区会产生大量的低频谐波分量，而单L滤波器的低频阻抗小，对其抑制能力有限。
[0003]传统的死区谐波抑制方法主要分为两类，死区补偿与优化控制。其中，死区补偿的方法从开关的调制过程入手，分析由死区所造成的谐波电压的大小并以此为依据调整调制波的大小，从而实现死区谐波的抑制。但死区所造成的谐波电压与电流的方向、开关器件的非线性以及直流母线电压的波动等因素都有关系，精确的死区补偿的实施难度较大。优化控制的方法从电流控制器的设计与优化入手，如采用并设计合理的谐振控制器、重复控制器等，其本质是提高逆变器的等效阻抗，从而在相同的死区谐波电压下产生较小的谐波电流。这些优化控制方法可以取得较好的效果，但原理复杂实现麻烦，研发周期较长。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法，运用有源阻尼技术来提高单L滤波器的低频阻抗，原理简单，实现有源阻尼回路的全延时精确补偿，从而抑制电力电子变压器高压侧基于单L滤波器的三相CHB中由死区所引入的低频谐波分量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：电力电子变压器高压侧三相级联H桥(CHB)带有单L滤波器，三相CHB输出电压V到并网电流I
g
的传递函数为：
[0007][0008]其中，L为滤波电感L的电感值，s为拉氏变换中的复变量。单L滤波器高频阻抗大，但其低频阻抗小。引入有源电阻R
AD
提高其低频阻抗，传递函数为：
[0009][0010]其中，R
AD
的取值大小显著影响谐波抑制的频率范围，R
AD
的取值为：
[0011]R
AD
≥2πnf
1_max
L
[0012]其中，f
1_max
为考虑电网电压频率波动时所取的最大值；n为需抑制低频谐波的最高次数，n可根据需求取值，考虑电能质量相关标准中对50次基波频率的要求，n的取值满足n≥50。
[0013]步骤2：实现有源阻尼技术的电流比例前馈，检测并网电流I
g
，并在三相CHB输出电压的给定值V
ref
中减去I
g
与R
AD
的乘积。
[0014]步骤3：采样周期延时补偿，采用有源阻尼技术之后，传递函数近似等效为：
[0015][0016]其中，为数字控制系统的延时环节，T
s
为控制系统的采样周期。G
d
(s)包含两部分，由模数转换时间、计算时间以及占空比更新延时导致的采样周期延时与脉冲宽度调制(PWM)零阶保持特性引起的半采样周期延时。
[0017]有源阻尼技术的电流比例前馈实现具有极少的计算量，在采样I
g
并在V
ref
中减去I
g
与R
AD
的乘积之后立即更新占空比，仅产生可忽略的延时，实现了有源阻尼回路中的采样周期延时补偿。
[0018]步骤4：半采样周期延时补偿，通过有源阻尼回路中的补偿环节G
hc
(s)实现，G
hc
(s)为：
[0019][0020]其中m取0.7；一阶零移相低通滤波器G
zf
(z)＝d1z+d0+d1z
‑1，取d1＝0.25，d0＝1
‑
2d1。
[0021]步骤5：校正电流控制，采用全延时补偿的有源阻尼技术之后，传递函数近似等效为G
AD
(s)。对比G
AD
(s)与G(s)，可知采用有源阻尼方法之后，被控对象的传递函数与之前相比发生了变化。为实现相同的电流控制效果，在控制器后串联校正环节G
com
(s)，同时完成电力电子变压器高压侧死区谐波的抑制，其校正环节过程为：
[0022][0023]进一步地，所述步骤2运用有源阻尼技术实现实际电路中电阻的作用效果，通过显著提高单L滤波器的低频阻抗，从而抑制电力电子变压器高压侧基于单L滤波器的三相CHB中由死区所引入的低频谐波分量。
[0024]进一步地，所述步骤3与步骤4分别实现了有源阻尼回路中的采样周期延时补偿与半采样周期延时补偿，称为全延时补偿的有源阻尼。
[0025]本专利技术的有益技术效果：
[0026]1.在单L滤波器中串联电阻可以显著增大其低频阻抗，可以显著提高单L滤波器对死区谐波的抑制能力。
[0027]2.在有源阻尼回路中使用延时补偿技术，实现了采样周期延时补偿与半采样周期延时补偿，得到全延时补偿的有源阻尼技术。
[0028]3.在控制中使用全延时补偿的有源阻尼技术所实现的控制效果，与在实际电路中串联电阻是等效的，而且不会引入额外的功率损耗。
[0029]4.引入全延时补偿的有源阻尼技术并选取合适的有源电阻值R
AD
，可以显著提高单L滤波器的低频阻抗，从而抑制电力电子变压器高压侧基于单L滤波器的三相CHB中由死区所引入的低频谐波分量。
附图说明
[0030]图1是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的电力电子变压器拓扑图。
[0031]图2是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的电力电子变压器中A相CHB拓扑图。
[0032]图3是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的电力电子变压器高压侧基于单L滤波器的三相CHB示意图
[0033]图4是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的实施步骤流程图。
[0034]图5是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的单L滤波器传递函数G(s)的伯德图。
[0035]图6是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的增加有源电阻R
AD
后单L滤波器的传递函数G
AD
(s)的伯德图。
[0036]图7是不采用有源电阻技术的并网电流控制拓扑图。
[0037]图8是本专利技术抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法的采用全延时补偿的有源电阻技术的并网电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制能量路由器并网电流死区谐波的有源阻尼方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：电力电子变压器高压侧三相级联H桥(CHB)带有单L滤波器，三相CHB输出电压V到并网电流I
g
的传递函数为：其中，L为滤波电感L的电感值，s为拉氏变换中的复变量。单L滤波器高频阻抗大，但其低频阻抗小。引入有源电阻R
AD
提高其低频阻抗，传递函数为：其中，R
AD
的取值大小显著影响谐波抑制的频率范围，R
AD
的取值为：R
AD
≥2πnf
1_max
L其中，f
1_max
为考虑电网电压频率波动时所取的最大值；n为需抑制低频谐波的最高次数，n≥50。步骤2：实现有源阻尼技术的电流比例前馈，检测并网电流I
g
，并在三相CHB输出电压的给定值V
ref
中减去I
g
与R
AD
的乘积。步骤3：采样周期延时补偿，采用有源阻尼技术之后，传递函数近似等效为：其中，为数字控制系统的延时环节，T
s
为控制系统的采样周期。G
d
(s)包含两部分，由模数转换时间、计算时间以及占空比更新延时导致的采样周期延时与脉冲宽度调制(PWM)零阶保持特性引起的半采样周期延时。有源阻尼技术的电流比例前馈实现具有极少的计算量，在采样I
g
并在V
r...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建华，徐鹏飞，李健勋，曹乾磊，李广琛，李鸿儒，赵新举，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：