基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序系统，包括包括级联H桥模块、采样模块、排序算法模块、子模块开关状态计算模块、整数模块、小数模块、开关产成模块；本发明专利技术的分类排序方法，根据各子模块在本周期结束时投入和切除状态的不同进行分类，将本周期结束时处于投入状态的子模块电容电压求和u

【技术实现步骤摘要】
基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序系统及方法


[0001]本专利技术涉及电容电压平衡的分类排序方法，尤其涉及一种基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序系统和方法。

技术介绍

[0002]级联H桥含有结构相同的H桥单元，易于模块化设计，无需大容量的电容及电感等储能元件，易于实现电平数的扩展，可以有效提高电力电子装置的电压和功率等级；采用功率模块级联的形式，通过改变串联的模块数量即可改变装置的电压水平，电路结构灵活更加实用和经济，在高压大功率系统中具有明显的优势；级联H桥多电平拓扑结构广泛用于有源电力滤波器和静止无功补偿器等大功率场合。级联H桥的主电路拓扑存在直流侧电容电压不平衡、不稳定的问题，因此，通常需要平衡直流侧电容电压。
[0003]级联H桥的调制策略主要有载波移相调制和排序算法调制，载波移相调制基于规则采样法在半个周期或一个周期调制一次，移相载波中各载波相位相互错开一定角度，分别与调制波信号进行比较，占空比的变化依次实现，然而排序算法调制在一个开关周期能够实现所有子模块的开关状态发生变化，速度更快。传统的排序算法调制的主要思想是任意时刻保证子模块的直流侧电容电压偏差最小为主要目标，通过电压采样模块和电流采样模块，不断地采集各个子模块电容电压值和桥臂电流方向，然后对各模块的实际电容电压进行排序，分配相应的驱动信号，投入相应的子模块。传统排序算法控制按照规定的桥臂电流正方向，如果采集的桥臂电流为正，则按照电容电压从小到大的顺序投入相应数量的子模块，并将其余的子模块切除；如果采集的桥臂电流为负，则按照相反的顺序投入相应数量的子模块，并将其余的子模块切除。在这样的不断切换的的过程中，半个周期或一个周期始终保证了对子模块电压较低的子模块优先进行充放电，确保了级联H桥上各个子模块电容电压达到了动态平衡。
[0004]传统排序算法根据电容电压大小排序的结果，来决定电容充放电的先后顺序，可以看出这种调制方法存在固有缺陷，这种方式没有考虑到当电容电压非常接近或者电压传感器有误差的时候可能会导致某个子模块开关管频繁的切换，未能考虑降低开关器件开关频率的要求。在高频化的场合下必然会带来开关损耗的增加，并且频繁的开关动作对子模块自身的寿命也有一定的影响。因此，有必要对传统的排序算法调制策略进行改进，在保证电容电压平衡的前提下尽量减少开关动作次数。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能降低开关管的开关损耗，并能平均子模块内部开关管的损耗的基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序系统和方法。
[0006]技术方案：本专利技术的分类排序系统，包括级联H桥模块、采样模块、排序算法模块、子模块开关状态计算模块、整数模块、小数模块、开关产成模块；
[0007]所述级联H桥模块输入端与开关产成模块的输出端连接，输出端与采样模块连接；
[0008]所述采样模块将采集的流入级联H桥的电流i
s
和N个子模块的电容电压，发送给排序算法模块；
[0009]所述排序算法模块将对本周期结束时投入状态子模块或切除状态子模块的电容电压的排序，并将排序结果发送给子模块开关状态计算模块；
[0010]所述子模块开关状态计算模块的输出端与整数模块相连；整数模块中的子模块开关状态切换模块，对子模块进行开关状态切换；
[0011]所述整数模块的输出端与小数模块连接；小数模块中的调制比较模块，对各子模块进行PWM调制；
[0012]所述小数模块的输出端与开关产生模块相连。
[0013]本专利技术的分类排序方法，包括如下步骤：
[0014]S1，将N个子模块通过串联连接成级联H桥；
[0015]S2，采样模块采集流入级联H桥的电流i
s
和N个子模块的电容电压u
c1
、u
c2
、u
c3
、
……
、u
cN
；
[0016]S3，在排序算法模块中，依据子模块在本周期结束时投入和切除状态的不同，将N个子模块电容电压u
c1
、u
c2
、u
c3
、
……
、u
cN
进行分类；本周期结束时处于投入状态的子模块电容电压求和，记为u
sum
，与级联H桥给定的输出参考电压的绝对值|u
ref
|比较，根据比较结果对电容电压进行排序；
[0017]S4，子模块工作状态计算，根据Δu，计算下一周期新增投入状态的子模块数量或新增切除状态的子模块的数量，其中Δu＝|u
ref
|
‑
u
sum
；
[0018]S5，在整数模块的子模块开关状态切换模块中，对前K个子模块进行开关状态切换，当新增整数投入时，前K个子模块从切除状态切换到投入状态；
[0019]当新增整数切除时，前K个子模块从投入状态切换到切除状态，根据上次切除状态设定；
[0020]S6，在小数模块的调制比较模块中，对第K+1个子模块进行PWM调制，第K+1个子模块需要根据它本周期结束时的状态决定下一周期投入或切除的先后顺序；
[0021]S7，开关产生模块将开关信号传给级联H桥模块中的所有子模块。
[0022]进一步，步骤S3中，当本周期结束时，u
sum
＜|u
ref
|，则将本周期结束时切除状态的子模块电容电压排序；
[0023]当u
sum
＞|u
ref
|，则将本周期结束时投入状态的子模块电容电压排序；
[0024]当u
sum
＝|u
ref
|，则将本周期结束时，不对各子模块电容电压进行排序。
[0025]进一步，步骤S4中，
[0026]41)当u
sum
<|u
ref
|时，设i
s
*u
ref
>0，则将切除状态子模块电容电压按从小到大的顺序依次投入，当切除状态前K个子模块电容电压和小于Δu，而切除状态前K+1个子模块电容电压和大于Δu，则切除状态前K个子模块进入整数模块，第K+1个子模块进入小数模块；
[0027]设i
s
*u
ref
<0，则将切除状态子模块电容电压按从大到小的顺序依次投入，当切除状态前K个子模块电容电压和小于Δu，而切除状态前K+1个子模块电容电压和大于Δu，则切除状态前K个子模块进入整数模块，第K+1个子模块进入小数模块；
[0028]42)当u
sum
>|u
ref
|时，设i
s
*u
ref
>0，则将投入状态子模块电容电压按从大到小的顺序依次切除，当投入状态前K个子模块电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序系统，其特征在于，包括级联H桥模块、采样模块、排序算法模块、子模块开关状态计算模块、整数模块、小数模块、开关产成模块；所述级联H桥模块输入端与开关产成模块的输出端连接，输出端与采样模块连接；所述采样模块将采集的流入级联H桥的电流i
s
和N个子模块的电容电压，发送给排序算法模块；所述排序算法模块将对本周期结束时投入状态子模块或切除状态子模块的电容电压的排序，并将排序结果发送给子模块开关状态计算模块；所述子模块开关状态计算模块的输出端与整数模块相连；整数模块中的子模块开关状态切换模块，对子模块进行开关状态切换；所述整数模块的输出端与小数模块连接；小数模块中的调制比较模块，对各子模块进行PWM调制；所述小数模块的输出端与开关产生模块相连。2.如权利要求1所述的基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将N个子模块通过串联连接成级联H桥；S2，采样模块采集流入级联H桥的电流i
s
和N个子模块的电容电压u
c1
、u
c2
、u
c3
、
……
、u
cN
；S3，在排序算法模块中，依据子模块在本周期结束时投入和切除状态的不同，将N个子模块电容电压u
c1
、u
c2
、u
c3
、
……
、u
cN
进行分类；本周期结束时处于投入状态的子模块电容电压求和，记为u
sum
，与级联H桥给定的输出参考电压的绝对值|u
ref
|比较，根据比较结果对电容电压进行排序；S4，子模块工作状态计算，根据Δu，计算下一周期新增投入状态的子模块数量或新增切除状态的子模块的数量，其中Δu＝|u
ref
|
‑
u
sum
；S5，在整数模块的子模块开关状态切换模块中，对前K个子模块进行开关状态切换，当新增整数投入时，前K个子模块从切除状态切换到投入状态；当新增整数切除时，前K个子模块从投入状态切换到切除状态，根据上次切除状态设定；S6，在小数模块的调制比较模块中，对第K+1个子模块进行PWM调制，第K+1个子模块需要根据它本周期结束时的状态决定下一周期投入或切除的先后顺序；S7，开关产生模块将开关信号传给级联H桥模块中的所有子模块。3.根据权利要求2所述的基于级联H桥直流侧电容电压平衡的分类排序方法，其特征在于，步骤S3中，当本周期结束时，u
sum
＜|u
ref
|，则将本周期结束时切除状态的子模块电容电压排序；当u
sum
＞|u
ref
|，则将本周期结束时投入状态的子模块电容电压排序；当u
sum
＝|u...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鸿浩，姜本笑，周磊，董家璇，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：