一种多电平单相相间混合拓扑变换器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多电平单相相间混合拓扑变换器及控制方法，变换器包括：A相桥臂，为五电平有源中点箝位变换器的桥臂；B相桥臂，为三电平T型桥臂；控制方法包括：根据输出电平数划分扇区；求解k+1时刻的预测电流值和给定电流值；基于各矢量对电容电压的影响，确定每个扇区的候选矢量，以平衡中点电压；建立无权重因子的价值函数，通过价值函数的计算结果来计算每个扇区中候选矢量的占空比，形成双矢量三段式序列，结合对应的开关状态序列，形成PWM信号驱动多电平单相相间混合拓扑变换器正常工作。本发明专利技术53L

【技术实现步骤摘要】
一种多电平单相相间混合拓扑变换器及控制方法


[0001]本专利技术涉及新型单相多电平逆变器拓扑
，尤其涉及一种多电平单相相间混合拓扑变换器及控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]与两电平变换器相比，多电平变换器具有输出电流质量高、功率器件电压应力小、系统效率高、电磁干扰小等显著优点。近年来，单相多电平变换器在光伏集成、有源滤波器、电动汽车充电站、轨道牵引系统等领域得到了广泛的应用，受到了广泛的关注。
[0004]近年来，单相中性点的出现钳位式(NPC)变换器，在交流牵引供电系统中得到了广泛的应用。在不同的单相多电平拓扑结构中，五电平有源中点箝位(5L
‑
ANPC)变换器结合了传统NPC变换器和含有悬浮电容变换器的优点，是一种非常有前途的拓扑结构。
[0005]然而，相比较于单相三电平变换器，单相5L
‑
ANPC变换器虽然可以提供九个输出电平的线电压，大大减少了谐波，但两个桥臂总共16个功率器件，比单相三电平变换器如T型单相三电平变换器多出了8个功率器件，相当于两倍的数量，这大大增加了成本。
[0006]除此之外，单相5L
‑
ANPC变换器相比较于传统的单相三电平变换器，除了都需要控制中点电压平衡以外，还需要额外控制两个悬浮电容电压的平衡，调控技术的难度也会随之提升。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种多电平单相相间混合拓扑变换器及控制方法，能够减少单相多电平变换器的功率器件数量，降低成本，同时又能获得高质量的输出电流和电压。
[0008]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0009]一种多电平单相相间混合拓扑变换器，包括：
[0010]A相桥臂，为五电平有源中点箝位变换器的桥臂；
[0011]B相桥臂，为三电平T型桥臂；
[0012]所述A相桥臂和B相桥臂共用一个直流源。
[0013]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0014]一种多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法，包括：
[0015]根据输出电平数划分扇区；建立系统数学模型，并且离散化，求解k+1时刻的预测电流值和给定电流值；
[0016]建立悬浮电容电压和中点电压的离散数学模型，基于各矢量对电容电压的影响，确定每个扇区的候选矢量，以平衡中点电压；
[0017]建立无权重因子的价值函数，通过价值函数的计算结果来计算每个扇区中候选矢
量的占空比，形成双矢量三段式序列，结合对应的开关状态序列，形成PWM信号驱动多电平单相相间混合拓扑变换器正常工作。
[0018]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0019]一种多电平单相相间混合拓扑变换器的控制系统，包括：
[0020]输出电流求解模块，用于根据输出电平数划分扇区；建立系统数学模型，并且离散化，求解k+1时刻的预测电流值和给定电流值；
[0021]候选矢量选取模块，用于建立悬浮电容电压和中点电压的离散数学模型，基于各矢量对电容电压的影响，确定每个扇区的候选矢量，以平衡中点电压；
[0022]PWM信号驱动模块，用于建立无权重因子的价值函数，通过价值函数的计算结果来计算每个扇区中候选矢量的占空比，形成双矢量三段式序列，结合对应的开关状态序列，形成PWM信号驱动多电平单相相间混合拓扑变换器正常工作。
[0023]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0024]一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法。
[0025]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0026]一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028](1)本专利技术多电平单相相间混合拓扑(53L
‑
IPHC)变换器，相比较单相5L
‑
ANPC变换器，53L
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IPHC变换器节省了4个功率器件，减少了成本，并且53L
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IPHC输出电压和5L
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ANPC具有一样的电平数；53L
‑
IPHC变换器减少了一个悬浮电容，这不仅可以减少一定的成本，还减少了调控难度。
[0029](2)本专利技术多电平单相相间混合拓扑(53L
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IPHC)变换器，相比较单相T型三电平变换器，53L
‑
IPHC变换器将输出电压的级数提高了4级，由五电平提高到了九电平，大大提高了输出电流和电压质量，减少了谐波。
[0030](3)本专利技术的变换器控制方法，相比较于传统的双闭环控制，省去了PI控制器，这可以减少设置PI参数的复杂工作，并且还提高了响应速度；在价值函数中没有引入权重因子，省去了调试权重因子的复杂工作，大大减少了计算量。
[0031](4)本专利技术的变换器控制方法，对五电平桥臂的悬浮电容电压和中点电压提出了一种分段控制，即优先控制悬浮电容电压，由五电平桥臂控制，在悬浮电容电压平衡以后，再由两个桥臂共同控制中点电压。
[0032]本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的拓扑图；
[0034]图2为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的矢量图；
[0035]图3为本专利技术实施例中的悬浮电容和中点电压的控制框图；
[0036]图4(a)为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的输出电流仿真图；
[0037]图4(b)为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的输出电压仿真图；
[0038]图4(c)为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的输出电流FFT仿真图；
[0039]图4(d)为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的A相输出电压仿真图；
[0040]图4(e)为本专利技术实施例中的53L
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IPHC变换器的B相输出电压仿真图；
[0041]图4(f)为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的A相悬浮电容电压仿真图；
[0042]图4(g)为本专利技术实施例中的53L
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IPHC变换器的中点电压仿真图；
[0043]图4(h)为本专利技术实施例中的53L
‑
IPHC变换器的扇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电平单相相间混合拓扑变换器，其特征在于，包括：A相桥臂，为五电平有源中点箝位变换器的桥臂；B相桥臂，为三电平T型桥臂；所述A相桥臂和B相桥臂共用一个直流源。2.一种如权利要求1所述的多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法，其特征在于，包括：根据输出电平数划分扇区；建立系统数学模型，并且离散化，求解k+1时刻的预测电流值和给定电流值；建立悬浮电容电压和中点电压的离散数学模型，基于各矢量对电容电压的影响，确定每个扇区的候选矢量，以平衡中点电压；建立无权重因子的价值函数，通过价值函数的计算结果来计算每个扇区中候选矢量的占空比，形成双矢量三段式序列，结合对应的开关状态序列，形成PWM信号驱动多电平单相相间混合拓扑变换器正常工作。3.如权利要求2所述的一种多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法，其特征在于，确定每个扇区的候选矢量之后，还包括：建立A相悬浮电容电压的裕度，悬浮电容电压在裕度范围之内时，控制悬浮电容电压的矢量再参与控制中点电压平衡。4.如权利要求2所述的一种多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法，其特征在于，求解k+1时刻A相的预测电流值，具体为：其中，T
s
为采样时间，i
a
(k)为k时刻A相输出电流，i
a
(k+1)为k+1时刻A相输出电流的预测值，V
ab
(k)为k时刻A相与B相输出点之间的电压；L
a
和L
b
分别是A相和B相的输出侧滤波电感，R
L
是负载。5.如权利要求2所述的一种多电平单相相间混合拓扑变换器的控制方法，其特征在于，求解k+1时刻的给定电流值，具体为：i
*a
(k+1)＝3i
*a
(k)
‑
3i
*a
(k
‑
1)+i
*a
(k
‑
2)其中，i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，刘畅，邢相洋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：