一种三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相六桥臂模块化多电平矩阵换流器的控制方法，包括以下步骤：根据电路拓扑结构，基于基尔霍夫定律建立数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程；对上述数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程进行化简，通过坐标变换，建立状态空间模型；计算参考状态空间模型的输入侧电流参考值、环流参考值、桥臂子模块电容电压参考值和桥臂导通模块数的参考值；根据实际状态空间模型和参考状态空间模型得到误差状态空间模型，基于误差状态空间模型设计控制器。通过李雅普诺夫稳定性理论可以证明与本发明专利技术控制方法对应的系统的稳定性。本发明专利技术需调节参数数量少，且具有良好的稳定性、动态响应能力和鲁棒性。动态响应能力和鲁棒性。动态响应能力和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子与电力传动
，具体涉及一种三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法。

技术介绍

[0002]三相六桥臂模块化多电平换流器(hexagonal converter，Hexverter)是一种采用全桥子模块的特殊交
‑
交换流器，具有电压质量高、谐波含量少、开关频率低和损耗小等优点。桥臂数目是传统背靠背模块化多电平换流器的一半，且无直流故障问题。发展前景广阔，引起了广泛的关注。
[0003]三相六桥臂模块化多电平换流器现有的控制方法一般是通过功率外环求得输入侧和输出侧的电流参考值，输入侧和输出侧电流参考值通过代数运算得各桥臂电流参考值，最后桥臂电流参考值与实际值之差通过内环控制器求得各桥臂电压参考值。这些控制方法需要使用大量的控制器，需要调节大量参数，调参困难。

技术实现思路

[0004]鉴于以上控制方法所存在的问题，本专利技术提供了一种三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法，通过数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程建立状态空间模型，在误差模型的基础上设计合适的控制器，使实际模型趋近参考模型。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、根据电路拓扑结构，基于基尔霍夫定律建立数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程；
[0007]步骤二、对上述数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程进行化简，建立状态空间模型；
[0008]步骤三、计算参考状态空间模型的输入侧电流参考值、环流参考值、桥臂子模块电容电压参考值和桥臂导通模块数的参考值；
[0009]步骤四、根据实际状态空间模型和参考状态空间模型得到误差状态空间模型，基于误差状态空间模型设计控制器。
[0010]进一步讲，上述各步骤的具体内容如下：
[0011]所述步骤一具体步骤包括：
[0012]步骤1
‑
1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：
[0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019]式(1)至式(6)中，e
su
、e
sv
、e
sw
和i
su
、i
sv
、i
sw
分别为输入侧U、V、W三相电源电压和电流，u
x
、i
x
为桥臂x电压和电流，x＝1,2,3,4,5,6；L
s
为输入侧电感，R
b
、L
b
分别为桥臂的电阻和电感，R
l
、L
l
分别为输出侧的电阻和电感，i
la
、i
lb
、i
lc
分别为输出侧的电流；u
no
为共模电压。
[0020]将公式(1)～(6)相加可得：
[0021][0022]式(7)中，i
cir
为环流；
[0023]步骤1
‑
2)桥臂子模块电容电压均值方程表达式如下：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030]式(8)至式(13)中，u
cx
为桥臂x子模块电容电压均值；n
x
为桥臂x导通模块数，x＝1,2,3,4,5,6；N为桥臂子模块数，每个桥臂子模块的电容容值均为C。
[0031]所述步骤二中，整理化简步骤一得到的数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程，得到如下状态空间模型表达式：
[0032][0033]式(14)中，
[0034]x＝[x1,x2]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0035]x1＝[i
su
,i
sv
,i
la
,i
lb
,i
cir
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0036]x2＝[u
c1
,u
c2
,u
c3
,u
c4
,u
c5
,u
c6
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0037]u＝[n1,n2,n3,n4,n5,n6]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0038]e＝[e
su
,e
sv
,e
sw
]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0039]D2＝diag[CN CN CN CN CN CN]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0040][0041][0042][0043][0044][0045]所述的步骤三中：
[0046]根据输出电流参考值i＝a,b,c，得到输出侧电压参考值为：
[0047][0048]在αβ坐标系下，输出侧有功功率参考值和无功功率参考值分别为：
[0049][0050][0051]式(27)和式(28)中，分别为输出侧电压参考值变换到αβ坐标系下α轴和β轴分量，和分别为变换到αβ坐标系下α轴和β轴分量，i＝a,b,c；分别为输出侧有功功率参考值和无功功率参考值；
[0052]忽略换流器内部损耗，当换流器稳定运行时，输入有功功率参考值与输出有功功率参考值相等，即可得输入侧电流参考值(j＝u,v,w)在αβ坐标系下α轴分量和β轴分量
[0053][0054][0055]式(29)和式(30)中，e
sα
，e
sβ
分别为输入侧电源电压e
sj
变换到αβ坐标系下α轴和β轴分量，j＝u,v,w；分别为输入侧有功功率参考值和无功功率参考值；
[0056]将进行2/3变换，得到输入侧三相电流参考值基于基尔霍夫定律可得，输入侧电压参考值为：
[0057][0058]为抵消因两侧系统无功功率因此的相邻支路之间的转移功率，需注入共模电压和环流。共模电压参考值和环流参考值为：
[0059][0060][0061]式(32和式(33)中，U
s
和I
s
为输入侧电压参考值和电流参考值的幅值，U
l
和I
l
为输入侧电压参考值和电流参考值的幅值；
[0062]将输入侧三相电流参考值输出电流参考值环流参考值进行代数运算得
到桥臂电流参考值忽略本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、根据电路拓扑结构，基于基尔霍夫定律建立数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程；步骤二、对上述数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程进行化简，建立状态空间模型；步骤三、计算参考状态空间模型的输入侧电流参考值、环流参考值、桥臂子模块电容电压参考值和桥臂导通模块数的参考值；步骤四、根据实际状态空间模型和参考状态空间模型得到误差状态空间模型，基于误差状态空间模型设计控制器。2.根据权利要求1所述的三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述步骤一具体步骤包括：步骤1
‑
1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：1)基于基尔霍夫定律建立的数学模型如下：式(1)至式(6)中，e
su
、e
sv
、e
sw
和i
su
、i
sv
、i
sw
分别为输入侧三相电源电压和电流，u
x
、i
x
为桥臂x电压和电流，x＝1,2,3,4,5,6；L
s
为输入侧电感，R
b
、L
b
分别为桥臂的电阻和电感，R
l
、L
l
分别为输出侧的电阻和电感，i
la
、i
lb
、i
lc
分别为输出侧的电流；u
no
为共模电压；将公式(1)～(6)相加可得：式(7)中，i
cir
为环流；步骤1
‑
2)桥臂子模块电容电压均值方程表达式如下：2)桥臂子模块电容电压均值方程表达式如下：2)桥臂子模块电容电压均值方程表达式如下：
式(8)至式(13)中，u
cx
为桥臂x子模块电容电压；n
x
为桥臂x导通模块数，x＝1,2,3,4,5,6；N为桥臂子模块数，每个桥臂子模块的电容容值均为C。3.根据权利要求2所述的三相六桥臂模块化多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述步骤二中，整理化简步骤一得到的数学模型和桥臂子模块电容电压均值方程，得到如下状态空间模型表达式：式(14)中，x＝[x1,x2]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)x1＝[i
su
,i
sv
,i
la
,i
lb
,i
cir
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)x2＝[u
c1
,u
c2
,u
c3
,u
c4
,u
c5
,u
c6
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏超英，曹保勤，于佳丽，门旭明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：