专利名称：：一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法
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(voltagesourceconverter,VSC)单元通过线电压级联方式构成的电压型变换器(linevoltagecascadedVSC，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,andF.Blaabjerg,^NewmediumvoltagePWMinvertertopologiesforadjustablespeedACmotordrivesystems,”inProc.IEEEAppliedPowerElectron.Conf.,1998,vol.2,pp.565-571.[2]ff.Jun,andK.M.Smedley,“Synthesisofmultilevelconvertersbasedonsingle-and/orthree-phaseconverterbuildingblocks,，，IEEETrans.Ind.Electron.,vol.23,no.3,pp.1247-1256，May2008.[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(I)首先将三重化线电压级联型整流器等效为一个三相电压型变换器的开关电路，等效后的开关电路结构的等效交流侧电感Lfx为滤波电感与限流电感合成的等效电感，等效交流侧电压为各级联整流器单元交流侧电压的2倍，等效直流侧电压Udc^q为各直流电容电压均值的2倍，等效电容Crai为各级联整流器单元直流侧电容的一半；然后由该等效开关电路得到该整流器在两相a^静止坐标系下的等效开关电路数学模型「nK]rx]r^a]「及fOlpaIlL{xdiJdt「nn*i0\丨二=__<」2wpepQRtI&d/p/d/式中，u’a、u’0为三重化线电压级联型整流器等效开关电路在a^坐标系下的等效相电压；ua、ue为各组VSR单元在a^坐标系下的交流侧相电压；ea,e0为三重化线电压级联型整流器在a^坐标系下的网侧相电压；ia、ie为三重化线电压级联型整流器在a^坐标系下的交流侧输入线电流；Lfx=Lf+Lx/3，为等效开关电路的等效电感；Lf为滤波电感；Lx为限流电感；Rf为滤波电感内阻。(2)建立瞬时功率-电流模型4,ref21eaePPm!.~T，LWJ34+卞PJL^ref.式中，ia,Mf、ie,Mf为三重化线电压级联型整流器在a^坐标系下的交流侧线电流参考值；pref,Qref为三重化线电压级联型整流器网侧输入的总瞬时有功和无功功率参考值；其中，pref—3GPI(s)(Udc,ref_Udc，av)Udc,re;f，式中，Udc;,Mf为各组直流侧电容电压的参考值；Udc’av为三组VSR直流侧电容电压的平均值；Gpi(S)=+&为比例积分PI控制器数学表达式，式中Kvp、Kvi分别为PI控制器S的比例系数和积分系数，s为微分算子；(3)建立电压补偿量数学模型权利要求1.一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法，其特征在于包括如下几个阶段(1)首先将三重化线电压级联型整流器等效为一个三相电压型变换器的开关电路，等效后的开关电路结构的等效交流侧电感Lfx为滤波电感与限流电感合成的等效电感，等效交流侧电压为各级联整流器单元交流侧电压的2倍，等效直流侧电压Ud。，为各直流电容电压均值的2倍，等效电容Crai为各级联整流器单元直流侧电容的一半；然后由该等效开关电路得到该整流器在两相a3静止坐标系下的等效开关电路数学模型全文摘要本发明属于电力系统的功率变换器控制领域，涉及一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法，包括建立该整流器在两相静止坐标系下的等效开关电路、瞬时功率-电流和电压补偿量三个数学模型；检测三相电网电压和网侧三相输入电流，经坐标变换模块得到两相静止坐标系下的网侧电网电压和输入电流；检测三重化线电压级联型整流器的直流侧电容电压；调节系统瞬时有功功率给定；计算得到两相静止坐标系下系统输入电流参考值；采用比例谐振控制器调节得到两相静止坐标系下等效开关电路交流侧电压给定值；根据电压补偿量数学模型，产生控制三重化线电压级联型整流器的功率器件开关信号。本发明可以提高系统运行的可靠性和稳定性。文档编号H02M7/12GK102723885SQ20121021331公开日2012年10月10日申请日期2012年6月26日优先权日2012年6月26日发明者周发强,夏长亮,王志强,陈炜申请人:天津大学