一种CHB-QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种CHB

【技术实现步骤摘要】
一种CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法


[0001]本专利技术涉及中低压交直流固态变压器的
，尤其是一种CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法。

技术介绍

[0002]伴随光伏、风电等可再生能源装机总量的逐年上升，有更多的分布式能源并入电网中以满足不同种类的负载需求，因此固态变压器又叫做电力电子变压器，成为输配电系统中连接各分布式能源与负载的重要组成部分，保证了输配电的统一管理与合理利用。典型的固态变压器通常采用中高压侧级联，低压侧并联的多级子模块结构，其中基于CHB结构的固态变压器，每个基本单元都存在着模块化的直流电压源，采用全桥子模块级联的方式提升输出电压等级，在交流侧产生特定数量的电平需要最少数量的开关，其控制方法简单，具备低开关频率、布局简单、模块化程度高、冗余性好等优势，是当下中低压直流配电应用中的常用拓扑结构。CHB
‑
QAB在运行时存在一个固有问题，即CHB结构在运行阶段中，其本质上可等效为单相变换器结构，导致在输入侧产生二倍频的波动分量，因此CHB需要依靠子模块中悬浮的大电容以满足中高压应用需求，抑制子模块中的电压纹波以稳定子模块输出电压，并为后级的DC
‑
DC变换器提供稳定的输入电压。为了增加系统的可靠性，大电容需要采用薄膜电容，导致变换器体积增大，系统功率密度降低，增加了系统的成本。针对CHB
‑
QAB子模块电容的优化控制方法，有学者通过硬件滤波方法即并联有源电力滤波器(APF) 的方法以抑制二倍频波动电压，但对系统整体功率密度的提升效果有限。还有学者通过改进的调制策略与谐波注入等软件滤波方法来抑制二倍频波动电压，整体上的控制策略与跟踪注入波形的难度较大，不易实现。

技术实现思路

[0003]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种高频链互联的CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法，消除子模块电容的二倍频纹波电压，缩小子模块电容体积，实现电容优化。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法，包括全桥与电容结构的基于dq坐标下电压电流的双闭环的载波移相控制，全桥结构与高频链路的四有源桥变换器的附加波动移相角控制，所涉及的CHB
‑
QAB拓扑结构包括：全桥与电容结构、全桥结构的高频链路、全桥结构与高频链路的四有源桥变换器结构和三相桥臂。
[0006]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述全桥与电容结构的基于dq坐标下电压电流的双闭环的载波移相控制的方法包括如下步骤：
[0007]2.1)三相电网电压u
a
，u
b
，u
c
通过锁相环环节得到相位ωt，三相电网电压 u
a
，u
b
，u
c
与ωt进行Park变换得到d轴分量u
d
，q轴分量u
q
，三相电网电流i
a
， i
b
，i
c
与ωt进行Park变换得到d轴分量i
d
，q轴分量i
q
；
[0008]2.2)将虚拟直流母线电压的电压给定值U
MVDC*
减去虚拟直流母线电压的实际输出值U
MVDC
，经过PI调节器的输出值与输入电流在d轴的分量i
d
作差，经过PI 调节后的输出值与输入电压在d轴的分量相加后减去输入电流在q轴的分量i
q
与ωL相乘后的输出值实现对i
d
的前馈解耦；
[0009]2.3)输入电流在q轴分量的给定值i
q*
减去输入电流在q轴的分量的实际值 i
q
，经过PI调节后的输出值与输入电压在q轴的分量相加后减去输入电流在d 轴的分量i
d
与ωL相乘后的输出值实现对i
q
的前馈解耦；
[0010]2.4)将步骤2.2)和步骤2.3)的解耦值输入到Park反变换中得到三相电压调制分量u
xr
，三相电压调制分量经过载波移相调制方法得到全桥与电容结构的驱动信号Q
HBx
，u
xr
中x为a、b、c。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述四有源桥变换器的附加波动移相角控制方法包括如下步骤：
[0012]3.1)将低压直流母线电压的电压给定值U
LVDC*
减去低压直流母线电压的实际输出值U
LVDC
，经过PI调节器的输出值得到直流移相角φ
DC
；
[0013]3.2)全桥与电容结构中全桥结构处输出电流中的二倍频波动分量i
2_x
，与对应的子模块电容电压U
C
相乘得到全桥与电容结构中全桥结构输出的二倍频波动功率P
2_x
，，i
2_x
中x为a、b、c；
[0014]3.3)通过步骤3.2)中的波动功率得到对应的各相附加移相角Δφ
x
(其中 x为a、b、c)的方法为
[0015][0016]式中，Δφ
x
表示x相某全桥子模块结构的波动功率产生的附加波动移相角，
[0017]P
2_x
为x相某全桥与电容结构中的全桥结构处输出的二倍频波动功率，
[0018]f
sw
为四有源桥变换器的开关频率，
[0019]L
sp
为四有源桥变换器副边侧移相电感折算至原边的电感值，
[0020]n为四有源桥变换器的变压器原副边绕组比，
[0021]U
LVDC
为四有源桥变换器输出侧并联形成的低压直流母线电压，
[0022]U
c
为全桥与电容结构的电容电压；
[0023]3.4)将步骤3.2)得到的直流移相角φ
DC
和步骤3.3)得到的各附加波动移相角Δφ
x
相加得到最终的移相角调制信号φ
x
，经过方波移相调制得到四有源桥变换器变压器原副边全桥结构的驱动信号Q
PHx
、Q
SH
，其中x为a、b、c。
[0024]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述CHB
‑
QAB拓扑结构中，全桥与电容结构中的全桥结构输出电流中的二倍频波动分量i
2_x
，通过权利要求3所述的控制方法传递到四有源桥变换器高频链的变压器原边侧，该波动电流分量呈三相对称特性，在高频链处进行耦
合抵消从而消除二倍频波动功率；i
2_x
中x为a、 b、c。
[0025]本专利技术技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法，其特征在于：包括全桥与电容结构的基于dq坐标下电压电流的双闭环的载波移相控制，全桥结构与高频链路的四有源桥变换器的附加波动移相角控制，所涉及的CHB
‑
QAB拓扑结构包括：全桥与电容结构、全桥结构的高频链路、全桥结构与高频链路的四有源桥变换器结构和三相桥臂。2.根据权利要求1所述的一种CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法，其特征在于：所述全桥与电容结构的基于dq坐标下电压电流的双闭环的载波移相控制的方法包括如下步骤：2.1)三相电网电压u
a
，u
b
，u
c
通过锁相环环节得到相位ωt，三相电网电压u
a
，u
b
，u
c
与ωt进行Park变换得到d轴分量u
d
，q轴分量u
q
，三相电网电流i
a
，i
b
，i
c
与ωt进行Park变换得到d轴分量i
d
，q轴分量i
q
；2.2)将虚拟直流母线电压的电压给定值U
MVDC*
减去虚拟直流母线电压的实际输出值U
MVDC
，经过PI调节器的输出值与输入电流在d轴的分量i
d
作差，经过PI调节后的输出值与输入电压在d轴的分量相加后减去输入电流在q轴的分量i
q
与ωL相乘后的输出值实现对i
d
的前馈解耦；2.3)输入电流在q轴分量的给定值i
q*
减去输入电流在q轴的分量的实际值i
q
，经过PI调节后的输出值与输入电压在q轴的分量相加后减去输入电流在d轴的分量i
d
与ωL相乘后的输出值实现对i
q
的前馈解耦；2.4)将步骤2.2)和步骤2.3)的解耦值输入到Park反变换中得到三相电压调制分量u
xr
，三相电压调制分量经过载波移相调制方法得到全桥与电容结构的驱动信号Q
HBx
，u
xr
中x为a、b、c。3.根据权利要求1所述的一种CHB
‑
QAB拓扑结构的子模块电容优化控制方法，其特征在于：所述四有源桥变换器的附加波动移相角控制方法包括如下步骤：3.1)将低压直流母线电压的电压给定值U
LVDC*
减去低压直流母线电压的实际输出值U
LVDC
，经过PI调节器的输出值得到直流移相角φ
DC

【专利技术属性】
技术研发人员：孙孝峰，杨晨，滕甲训，潘禹卓，王宝诚，李昕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：