[发明专利]一种中压AC-DC变换器的功率动态分配控制方法

说明书

本发明公开一种中压AC‑DC变换器的功率动态分配控制方法，步骤是：根据变换器输出直流电压参考值与实际值的差值计算变换器三相总输出功率参考值；根据三相电网电压和给定的功率因数角计算三相功率的动态分配系数；根据所述的三相总输出功率参考值和三相功率动态分配系数计算每相输出功率参考值，并根据每相级联的子模块数计算每个DC‑DC子模块输出功率参考值；利用每个DC‑DC子模块的输出功率参考值与实际值的差值，采用比例‑积分‑谐振控制器计算每个DC‑DC子模块的移相角，并采用载波移相调制算法产生每个DC‑DC子模块的开关信号。此种功率分配控制方法可消除中压AC‑DC变换器电容电压二倍频波动，显著减小装置体积，有效提高系统功率密度。

技术领域

本发明属于功率变换器领域，特别涉及一种中压AC-DC变换器的功率动态分配控制方法。

背景技术

中压AC-DC变换器是实现中压直流配网和交流电网之间功率交互的核心装置，其主要功能是在保证高低压侧电气隔离的条件下实现对功率的双向流动控制，具有无功补偿、功率因数校正、电压暂降补偿、故障隔离、谐波隔离、直流输出等优点。中压AC-DC变换器需满足高电能质量和高功率密度等要求。

目前被广泛认可和采用的中压AC-DC变换器的拓扑如图1所示。该拓扑由3相堆栈构成，每相堆栈的输入对应于中压交流的每一相，三个堆栈的输出并联产生中压或低压直流。每一个堆栈由多个输入串联、输出并联的子模块构成。每个子模块由单相PWM整流器和隔离DC/DC变换器组成。单相PWM整流器的拓扑可以为二电平或多电平，也可直接采用高压器件形成中压输出整流器。

但这类方案面临着“子模块电容电压以二倍工频波动，子模块体积庞大，功率密度较低”的问题。如图1所示，若10kV交流电压和电流均为正弦波，则整流级直流母线电容前级有功功率呈现二倍工频波动。由于各子模块的对称性，现有控制方案常采用平均功率的分配模式，即每一个子模块输出相同的功率，均为恒定的直流功率。在此情况下，前述二倍工频功率波动需由直流母线电容吸收，由此产生二倍工频电压波动，需要大容值的电容才能减小电容电压波动，因此导致子模块体积庞大，整个装置的功率密度较低。由上述分析可知，二倍工频功率波动产生的原因在于母线电容前后功率的不平衡，与器件开关频率无关，采用SiC等高频开关器件也无法消除该低频波动。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种中压AC-DC变换器的功率动态分配控制方法，其可消除中压AC-DC变换器电容电压二倍频波动，显著减小装置体积，有效提高系统功率密度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种中压AC-DC变换器的功率动态分配控制方法，包括如下步骤：

步骤1，根据变换器输出直流电压参考值与实际值的差值计算变换器三相总输出功率参考值；

步骤2，根据三相电网电压和给定的功率因数角计算三相功率的动态分配系数；

步骤3，根据所述的三相总输出功率参考值和三相功率动态分配系数计算每相输出功率参考值，并根据每相级联的子模块数计算每个DC-DC子模块输出功率参考值；

步骤4，利用每个DC-DC子模块的输出功率参考值与实际值的差值，采用比例-积分-谐振控制器计算每个DC-DC子模块的移相角，并采用载波移相调制算法产生每个DC-DC子模块的开关信号。

上述步骤1中，计算变换器三相总输出功率参考值的方法是：

S1.1：采集变换器输出直流电压u_dc，作为闭环控制器的反馈信号；

S1.2：将变换器输出直流电压的参考值u_dcref与测量值u_dc的差值作为闭环控制的输入信号，经比例-积分控制器作用，产生的信号作为变换器总输出功率参考值P_ref。