[发明专利]一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种三重化线电压级联型整流器的控制方法，属于功率变换器控制领域。

背景技术

在高压大功率应用场合，随着功率等级的不断提高，受开关器件自身功率等级的限制，采用传统的功率器件和拓扑结构已不能满足当今对变流装置的要求，因此基于多电平技术的变换器逐渐得到广泛的关注。其中H桥级联型多电平变换器因具有等效开关频率高、输出电能质量好、可靠性高、易于模块化和拓展等优点，近年来被广泛应用于电气传动、静态无功补偿，新能源发电等大功率变换领域。但是该变换器在构成三相大功率系统时需要较多开关管和独立直流电源，且在控制方面不能采用较为成熟的三相系统控制方法。同时独立直流电源一般是由多绕组移相变压器来提供，从而导致整个系统体积、成本和损耗均增加，这些都成为制约其广泛应用的重要因素。

因此国内外科研人员提出了以3个普通三相六开关的电压型变换器(voltage source converter，VSC)单元通过线电压级联方式构成的电压型变换器(line voltage cascaded VSC，LVC-VSC)[1-3]。该种变换器继承了传统H桥级联多电平变换器的诸多优点，其应用于三相系统时所需的直流电源较少，也易于引入三相系统的控制理论；同时以该变换器为单元模块再以相同线电压级联方式连接，可获得更高电压等级的功率变换器。根据变换器输入输出电能性质的不同，可以把LVC-VSC分为线电压级联型逆变器（LVC-VSI）和线电压级联型整流器（LVC-VSR）。当LVC-VSC作为整流器运行时具有多个输出端，能同时为多路负载供电；同时由两个该种变换器构成背靠背的AC-AC变流器可以省去传统多绕组移相变压器。这种新拓扑能够实现网侧单位功率因素，调速系统四象限运行，因此具有较高的研究和实用价值。

三重化LVC-VSR由3个VSR单元组成，若针对每个VSR单独控制，则控制系统需要多路采样和多组控制器，从而增加了控制算法的复杂程度和系统硬件成本，且需要考虑各子系统之间的协调运行，不易实现闭环控制。此外，三重化LVC-VSR在功率传输均衡运行时，由于结构特性的原因，每组VSR传输的瞬时功率中含有二次谐波分量，因此每组直流电容电压的平均值虽能保持稳定但却存在二倍频波动，影响系统的供电质量和可靠性；目前在工程应用中可以通过增大直流侧电容或者采用LC无源滤波器来滤除直流电压波动，但却增加系统体积和硬件成本。因此，针对该变换器需要研究一种硬件需求量少，运算量小，控制结构简单的控制方法，不仅可以实现该整流器功率传输的均衡稳定和网侧单位功率因素运行，而且可以保证各直流侧电容电压的恒定相等，提高系统可靠性。

相关文献

[1]E.Cengelci,P.Enjeti,C.Singh,and F.Blaabjerg,“New medium voltage PWM inverter topologies for adjustable speed AC motor drive systems,”in Proc.IEEE Applied Power Electron.Conf.,1998,vol.2,pp.565-571.

[2]W.Jun,and K.M.Smedley,“Synthesis of multilevel converters based on single-and/or three-phase converter building blocks,”IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.23,no.3,pp.1247-1256,May 2008.

[3]何金平，毛承雄，陆继明，等．三相线电压级联多电平变换器原理及仿真研究[J]．高电压技术，2007，33(4)：170-174．

发明内容

本发明目的在于解决三重化线电压级联型整流器存在的技术问题，提出一种针对该结构的比例谐振控制方法。该方法硬件需求量少，控制系统结构和算法简单，不仅可以在两相静止坐标系下实现该整流器功率传输的均衡稳定，调节网侧功率因素，而且可以有效抑制各直流电容电压的二倍频波动，改善系统的电能质量，提高系统运行的可靠性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明提出的一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法采用以下技术方案：