一种双端口多电平逆变器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双端口多电平逆变器的控制方法，包括并网控制模块、离网控制模块、锁相环模块以及控制模式切换模块。本发明专利技术可通过对双端口变换器输入、输出功率的实时监测，通过特殊的锁相环模式识别方法以及控制切换策略实现双输出端口多电平逆变器的实时控制。两个输出端口可独立工作在并网和离网状态下，从而实现多端口电源的功率平衡以及功率分配控制。该控制策略可支持高密度多端口逆变器电源系统的高效控制，适用于可再生能源、储能等应用场合。用场合。用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种双端口多电平逆变器的控制方法


[0001]本专利技术涉及电力变换器控制领域，具体而言涉及一种双端口多电平逆变器的控制方法。

技术介绍

[0002]逆变器能够实现直流电源与交流负载或者交流电网之间的双向能量传输与变换，在可再生能源发电、智能电网、电动汽车、航空航天等领域具有广泛的用途。
[0003]可再生能源并网系统、电动汽车、柔性交流输电系统或其他交流分布式发电系统的应用中，相较于两电平逆变器，多电平逆变器(MLI)具备总谐波失真(THD)低，模块化，容错能力强等优势。
[0004]传统的逆变器只包含一个直流输入端口和一个交流输出端口，即只能实现一个直流输入源和一个交流负载或交流电网之间的功率变换。然而，在可再生能源发电、智能电网、储能等功率系统中，逆变器通常需要有多个输出端口。传统的多端口输出逆变器功率密度不高，新型多端口输出逆变器为单电源输入，通过两个子电路分别为两个端口提供独立的功率和电压控制，怎样实现多端口逆变器的控制成为难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有控制技术的不足，而提供一种双端口多电平逆变器的控制方法。该方法可以使得该类多电平逆变器的双输出端口一个并网而另一个供电给本地负载。两个端口可独立分配功率以及进行电压控制。目前现有技术无法实现上述功能。
[0006]一种多端口多电平逆变器的控制方法，包括主功率电路，并网控制模块，离网控制模块，锁相环模块以及控制模式切换模块。
[0007]所述双端口多电平逆变器输出端口v
o1
并网，输出端口v
o2
接本地独立负载。所述主功率电路包括：直流电源(V
in
)、正电平发生子电路、负电平发生子电路，输出端口v
o1
半桥电路、输出端口v
o2
半桥电路、并网滤波器(L
f
)；所述输出端口v
o1
半桥电路由功率开关管S1和功率开关管S2串联连接，所述输出端口v
o2
半桥电路由功率开关管S3和功率开关管S4串联连接；所述正电平发生子电路的第一输出端和所述负电平发生子电路的第一输出端相连并连接到所述直流电源的正输出端，所述正电平发生子电路的第二输出端、所述负电平发生子电路的第二输出端和所述直流电源的负输出端相连并连接到地，所述功率开关管S1的第一输出端和所述功率开关管S3的第一输出端相连并连接到所述负电平发生子电路的第三输出端，所述功率开关管S2的第二输出端和所述功率开关管S4的第二输出端相连并连接到所述正电平发生子电路的第三输出端，所述功率开关管S1的第二输出端和所述功率开关管S2的第一输出端相连并和地构成所述输出端口v
o1
，所述功率开关管S3的第二输出端和所述功率开关管S4的第一输出端相连并和地构成所述输出端口v
o2
，所述输出端口v
o1
连接并网滤波器(L
f
)后接入电网(v
g
)，所述输出端口v
o2
连接本地独立负载。
[0008]所述控制电路包括并网控制模块、离网控制模块、锁相环模块以及控制模式切换
模块；控制模式切换模块通过锁相环模块输出的输出电压区间判断信号，对并网控制模块的输出信号和离网控制模块的输出信号进行控制。
[0009]输出交流电压电平数为2n+1，n为大于等于1的自然数。锁相环模块将电网电压v
g
与电源电压V
in
的整数倍进行对比，把工作过程分成2n个输出电压区间。输出电压区间定义如下，电网电压v
g
为正半波时，当(n
‑
1)V
in
≤v
g
≤nV
in
，定义输出电压区间Pn，n为大于等于1的自然数，n取值为1，2，3......。具体的当n＝1时，0≤v
g
≤V
in
，定义输出电压区间P1；当n＝2时，V
in
≤v
g
≤2V
in
，定义输出电压区间P2，以此类推。电网电压v
g
为负半波时，当(n
‑
1)V
in
≤|v
g
|≤nV
in
，定义输出电压区间Nn，n为大于等于1的自然数，n取值为1，2，3......。具体的当n＝1时，
‑
V
in
≤v
g
≤0，定义输出电压区间N1；当n＝2时，
‑
2V
in
≤v
g
≤
‑
V
in
，定义输出电压区间N2，以此类推。
[0010]所述并网控制模块的输入信号为实时采样的电源电压V
in
、输入电流i
in
、电网电压v
g
、输出端口v
o1
的电流i
g
和无功指令功率Q
ref
、输出端口v
o2
的电压v
o2
、输出端口v
o2
的电流i
o2
，并网控制模块的输出信号为一组主电路开关管控制信号G
drive
，具体实施方法如下：
[0011]所述并网功率计算模块根据实时采样的V
in
、i
in
、v
o2
、i
o2
，通过下述公式计算得到网侧功率P
g
：
[0012][0013]上式中，P
g
是并网侧功率，P
in
是直流电源的输入功率，P
o2
是输出端口v
o2
的输出功率，V
in
是实时采样的直流电源电压，i
in
是实时采样的输入电流，v
o2
是实时采样的输出端口v
o2
的电压，i
o2
是实时采样的输出端口v
o2
的电流；
[0014]所述并网控制模块基于峰值电流控制(PCC)策略进行控制，将上述功率参数P
g
和无功指令信号Q
ref
根据下式计算出参考电流i
ref
：
[0015][0016]上式中，P
g
是输出端口v
o1
的功率，Q
ref
是无功指令功率，V
m，g
是电网峰值电压；
[0017]主电路功率开关管的控制信号G
drive
驱动主电路功率开关管具体实施方法如下：实时比较输出端口v
o1
的电流i
g
和参考电流i
ref
，电网电压v
g
为正半波并且锁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双端口多电平逆变器的控制方法，其特征在于，包括主功率电路，并网控制模块，离网控制模块，锁相环模块以及控制模式切换模块。2.根据权利要求1所述的一种双端口多电平逆变器的控制方法，其特征在于，所述双端口多电平逆变器输出端口v
o1
并网，输出端口v
o2
接本地独立负载。所述主功率电路包括：直流电源(V
in
)、正电平发生子电路、负电平发生子电路，输出端口v
o1
半桥电路、输出端口v
o2
半桥电路、并网滤波器(L
f
)；所述输出端口v
o1
半桥电路由功率开关管S1和功率开关管S2串联连接，所述输出端口v
o2
半桥电路由功率开关管S3和功率开关管S4串联连接；所述正电平发生子电路的第一输出端和所述负电平发生子电路的第一输出端相连并连接到所述直流电源的正输出端，所述正电平发生子电路的第二输出端、所述负电平发生子电路的第二输出端和所述直流电源的负输出端相连并连接到地，所述功率开关管S1的第一输出端和所述功率开关管S3的第一输出端相连并连接到所述负电平发生子电路的第三输出端，所述功率开关管S2的第二输出端和所述功率开关管S4的第二输出端相连并连接到所述正电平发生子电路的第三输出端，所述功率开关管S1的第二输出端和所述功率开关管S2的第一输出端相连并和地构成所述输出端口v
o1
，所述功率开关管S3的第二输出端和所述功率开关管S4的第一输出端相连并和地构成所述输出端口v
o2
，所述输出端口v
o1
连接并网滤波器(L
f
)后接入电网(v
g
)，所述输出端口v
o2
连接本地独立负载。3.根据权利要求1所述的一种双端口多电平逆变器的控制方法，其特征在于，所述控制电路包括并网控制模块、离网控制模块、锁相环模块以及控制模式切换模块；控制模式切换模块通过锁相环模块输出的输出电压区间判断信号，对并网控制模块的输出信号和离网控制模块的输出信号进行控制。4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，输出交流电压电平数为2n+1，n为大于等于1的自然数。锁相环模块将电网电压v
g
与电源电压V
in
的整数倍进行对比，把工作过程分成2n个输出电压区间。输出电压区间定义如下，电网电压v
g
为正半波时，当(n
‑
1)V
in
≤v
g
≤nV
in
，定义输出电压区间Pn，n为大于等于1的自然数，n取值为1，2，3......。具体的当n＝1时，0≤v
g
≤V
in
，定义输出电压区间P1；当n＝2时V
in
≤v
g
≤2V
in
，定义输出电压区间P2，以此类推。电网电压v
g
为负半波时，当(n
‑
1)V
in
≤|v
g
|≤nV
in
，定义输出电压区间Nn，n为大于等于1的自然数，n取值为1，2，3......。具体的当n＝1时，
‑
V
in
≤v
g
≤0，定义输出电压区间N1；当n＝2时
‑
2V
in
≤v
g
≤
‑
V
in
，定义输出电压区间N2，以此类推。5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述并网控制模块的输入信号为实时采样的电源电压V
in
、输入电流i
in
、电网电压v
g
、输出端口v
o1
的电流i
g
和无功指令功率Q
ref
、输出端口v
o2
的电压v
o2
、输出端口v
o2
的电流i
o2
，并网控制模块的输出信号为一组主电路开关管控制信号G
drive
，具体实施方法如下：所述并网功率计算模块根据实时采样的V
in
、i
in
、v
o2
、i
o2
，通过下述公式计算得到网侧功率P
g
：上式中，P
g
是并网侧功率，P
in
是直流电源的输入功率，P
o2
是输出端口v
o2
的输出功率，V
in
是实时采样的直流电源电压，i
in
是实时采样的输入电流，v
o2
是实时采样的输出端口v
o2
的电压，i
o2
是实时采样的输出端口v
o2
的电流；所述并网控制模块基于峰值电流控制(PCC)策略进行控制，将上述功率参数P
g
和无功指令信号Q
ref
根据下式计算出参考电流i
ref

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳，罗梓豪，张泽宇，王书征，嵇保健，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：