[发明专利]一种针对串联H桥型变频器电容电压波动抑制方法

说明书

本发明公开一种针对串联H桥型变频器电容电压波动抑制方法，包括：计算整流器输入侧电流指令，并根据输入侧电流指令控制输入侧电流值使得输入功率与逆变侧基波电压和基波电流产生的功率对等；其中，整流器的输入功率等于电压源输入功率减去三个电感上的总瞬时功率。本发明定义下的子模块输入功率，不再是单纯的电压源输入功率，而且要计及三个电感上的总功率，两者之差为总输入功率。使之与逆变侧基波电压和基波电流产生的功率对等，才能实现电容电压纹波的最小化。本发明电压波动抑制策略，无需附加额外的元件以及传感器，仅通过算法的优化，在中压大功率异步电机的不同工况下均有良好的波动抑制效果。

技术领域

本发明属于变频器技术领域，特别涉及一种针对串联H桥型变频器电容电压波动抑制方法。

背景技术

串联H桥多电平变换器(Cascaded H-bridge,CHB)具有输出电压正弦度高、输出电平数多、模块化易于维护等优点，因此广泛应用于中压大功率电机拖动的场合。整个系统由多绕组降压变压器、三相共3n个子模块(每相n个)和三相异步电机组成。子模块包括三相PWM整流器作为输入端，电容器以及H桥逆变作为输出端完成交-直-交变换。每相子模块输出端串联，叠加产生单相总输出电压。由于子模块输入端和输出端瞬时功率不相等，因此功率差由电容吸收，造成电容上的电压波动，且这一波动随着转速降低而增大，对系统稳定性产生威胁。

通过采用大电容，从而降低功率波动引起的电压波动，这种方法的问题是增加了设备成本以及设备体积，并且大容值的电解电容寿命短。采用额外的储能元件和开关器件，将电容上的功率波动转移至储能元件，带来的问题是增加额外费用，并且控制变得复杂。有研究提出功率前馈，将逆变侧输出端功率前馈至整流侧，其本质是在整流侧注入两种频率的电流，使得整流器电压源输入功率与逆变侧输出功率基本对等，从而减小输入输出端之间的功率差，电容上的功率波动和电压波动随之降低。缺点：输入侧引入了新的功率波动，导致电容上依然存在较大幅值的功率和电压波动。

若能通过有效的电压纹波抑制方法，则可在满足相同电压波动允许指标的情况下，采用容值和体积更小、寿命更长的薄膜电容代替以往的电解电容，从而大大节约成本，降低设备体积，提升可靠性。

发明内容

针对CHB电机拖动系统中电容电压纹波大的问题，本发明提出一种针对串联H桥型变频器电容电压波动抑制方法，该方法不增加额外的元器件，重新在输入侧设计新的注入电流，使整流侧功率(将三个电感瞬时功率计入在内)与输出功率对等，而不引入新的功率波动，并且进一步设计了注入电流的简化生成环节，从而可以大大简化设计，达到降低子模块中的电容。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种针对串联H桥型变频器电容电压波动抑制方法，包括：

计算整流器输入侧电流指令，并根据输入侧电流指令控制输入侧电流值使得输入功率与逆变侧基波电压和基波电流产生的功率对等；

其中，整流器的输入功率等于电压源输入功率减去三个电感上的瞬时功率。

作为本发明的进一步改进，所述串联H桥型变频器包括多绕组降压变压器、三相共3n个子模块和三相异步电机；

所述子模块输入侧接到多绕组变压器的副边，每一相n个子模块，输出侧串联；三相H桥型变频器采用星形接法，一端接成中点，一端接三相异步电机；每个子模块依次包括前端可控整流桥、中间的电容器及后端H桥逆变电路。

作为本发明的进一步改进，所述方法具体控制过程为：

将功率前馈的d、q轴电流指令值和进行dq/abc变换，得到abc坐标系下三相输入电流

I_in＝[i_a i_b i_c]^T＝I₁+I₂+I₃ (1)