[发明专利]一种基于三维调制的级联H桥整流器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于三维调制的级联H桥整流器，包括主电路和控制电路，主电路包括交流侧电源、电感L、电阻R、第一功率单元、第二功率单元和第三功率单元，所述第一功率单元、第二功率单元和第三功率单元均采用单相全控桥拓扑结构，一种基于三维调制的级联H桥整流器的控制方法，级联H桥整流器为单相三级级联H桥整流器，通过检测到的各桥直流侧电压及交流侧电压的正弦调制波u_conm计算出能够使第一功率单元、第二功率单元和第三功率单元直流侧电压最快趋于平衡的各功率单元占空比，仿真实验表明，所提出的控制方法能够快速有效地保持级联整流器直流侧电容电压平衡。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，特别是一种基于三维调制的级联H桥整流器及其控制方法。

背景技术

电容电压不平衡的因素有多种，如电源电压波动、电容器容量差异、负载(后级等效)不平衡等，其主要因素是负载不平衡的影响，当出现电压不平衡时，其合成的交流侧电压谐波和输入电流谐波增加；造成各桥分压不均衡，使器件耐压值提高，甚至造成器件击穿损坏。

无工频变压器级联式功率变换器以其结构模块化、网侧功率因数高、器件耐压低、易于多级拓展等优点，在高压大功率电力传动、静止无功补偿、新能源发电等场合已得到成功应用，该变换器中的级联H桥整流器可以直接接入高压电网，从而省去了传统拓扑中的工频变压器，大大减少系统的体积与成本；可以通过控制减小网侧电流谐波，实现交流侧单位功率因数，并能够实现系统能量的双向流动，因而近年来受到了越来越多的重视。但由于后级逆变器各桥的分别控制，使H桥整流器各桥电压产生波动，因此其直流侧电容电压平衡控制是变换器控制的关键问题。

目前，级联H桥直流侧电容电压的平衡控制主要有交换平衡法、独立电压闭环控制法和二维调制法。交换平衡法根据H桥电容电压大小进行排序用以决定各H桥输出的波形，从而控制各H桥直流侧电容电压的充放电，平衡各H桥的直流侧电容电压，此方法不用独立的控制每个H桥直流侧电容电压，通过比较、交换的方式使得控制方法变得简单。独立电压闭环控制法需对每个H桥的电容电压设置n-1个(n为级联H桥的个数)独立的电压闭环来实现电容电压的平衡，这种方法扩展相对容易，但随着级联数量的增加，过多的PI控制器会导致处理运算量的激增，并且此类方法存在着电容电压的恢复速度相对较慢。二维调制法通过调节二维调制区域中两条不同的调制轨迹来调节两桥的占空比，可以有效地调节两桥直流侧电容电压平衡，对于多桥级联的直流侧电容电压平衡问题研究较少，有待深入研究。

发明内容

针对以上缺点，本发明提供了一种基于三维调制的级联H桥整流器及其控制方法，采用三维调制的概念研究级联H桥整流器直流侧电容电压平衡问题，以单相3级级联H桥整流器为对象，通过单相旋转坐标变换并引入有功电流分量id和无功电流分量iq双闭环的方法实现整流器单位功率因数运行。在分析三桥调制空间及调制曲线的基础上，提出了基于有功能量的三维调制方法，通过推导三维空间的调制轨迹，对各桥在单位周期内吸收的有功能量进行调整，实现直流侧电容电压的平衡控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：