一种三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法与流程

本发明属于电力电子
技术领域：
，更为具体地讲，涉及一种三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法。
背景技术：
：逆变器在新能源分布式发电系统中应用广泛，随着变流设备系统功率容量和耐压等级的不断增加，单台传统两电平逆变器已经很难满足实际大功率应用要求，三电平逆变器能够在一定程度上增加系统的功率容量和耐压等级，同时具有更小的输出电流谐波，但是仍无法满足大功率场合的应用需求。针对大功率应用场合的实际要求，一种简单有效的解决方法就是采用三电平逆变器并联运行。但是对于有电流内环的并网逆变器来说，并联逆变器间会产生零序环流，零序环流的存在会增加系统的损耗，降低系统效率，造成并联逆变器电流应力的不均衡和严重的电磁干扰，而且会影响功率开关管的使用寿命，降低系统整体可靠性。国内外学者对并联逆变器间的零序环流抑制已经进行了大量的研究，并提出了多种抑制方法，常见的抑制方法有切断零序环路、增大零序环路阻抗和减小零序激励源这三大类。切断零序环路需要直流侧分别接独立电源或者网侧通过变压器隔离，这都会增加系统成本和体积，降低系统的效率，且不利于系统扩容，实际一般很少采用；增大零序环路阻抗通常是在并联逆变器的每相之间添加一个对于零序环流高阻抗的电抗器，以达到抑制零序环流的目的，但是电抗器对低频零序环流的抑制能力有限，且电抗器的引入增加了系统成本和体积，降低了系统的效率，所以在实际应用中也很少采用这种方法；减小零序激励源的方法大部分控制策略都要采用PWM调制算法，一般都较复杂，不易实现，同时并联逆变器间需要载波同步，且三电平的零序环路和零序激励源更复杂。模型预测算法基于逆变器模型，具有思想直观简单、系统动态响应快以及系统约束设置灵活等优点，非常适合逆变器应用，但是目前采用模型预测算法对其并联系统零序环流抑制方法研究还很少。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法，该方法基于有限集模型预测控制原理，来抑制三电平逆变器并联时产生的零序环流。为实现上述发明目的，本发明一种三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集三电平逆变器网侧电流ia、ib、ic和电网电压ea、eb、ec，分别对网侧电流和电网电压进行abc-αβ坐标变换，得到静止参考坐标系下网侧电流iα、iβ和电网电压eα、eβ；(2)、采集直流侧电流idc和直流正负母线电容电压Vc1、Vc2，直流正负母线电容电压相加得到直流母线电压Udc；(3)、计算27对预测电流值和27对预测正负母线电容电压值：(3.1)、模型预测控制模块根据步骤(1)所得的网侧电流iα、iβ和电网电压eα、eβ计算27对预测电流值(3.2)、模型预测控制模块根据步骤(2)所得的直流侧电流idc和直流正负母线电容电压Vc1、Vc2以及网侧电流ia、ib、ic，计算27对预测正负母线电容电压值(4)、由三相网侧电流ia、ib、ic相加得到零序环流iz，零序环流iz通过权重因子计算模块计算得到权重因子λ1、λ2、λ3；(4.1)、设置权重因子λ2值；(4.2)、计算权重因子λ1的值：其中，izm为允许的最大零序环流；(4.3)、对权重因子λ1进行限幅：其中，Limit_up和Limit_low是最高限幅值和最低限幅值；(4.4)、计算权重因子λ3的值：λ3＝1-λ1-λ2；(5)、最优成本函数模块根据步骤(3)所得的27对预测电流值和27对预测正负母线电容电压值，步骤(4)所得的权重因子以及给定电流指令值计算得到27个成本函数值g(1),…,g(k),…,g(27)；(6)、最优成本函数模中求27个成本函数值g(1),…,g(k),…,g(27)的最小值g：(7)、最优成本函数模根据g所对应的k值，得到对应的最优矢量Vopt，接着找到对应的最优开关状态，再得到对应的开关控制信号，进而控制三电平逆变器各个IGBT的通断。其中，所述的步骤(3)中，第k(k＝1,2,…,27)对预测电流值计算表达式为：其中，Ts为采样周期，R为线路阻抗，L为滤波电感；Uα(k)、Uβ(k)为第k个合成矢量在静止参考坐标系下的分解值。进一步的，所述的步骤(3)中，第k对预测正负母线电容电压值计算表达式为：其中，C为正负母线电容值；H1J(k)、H2J(k)分别为正负母第J(J＝a,b,c)相电流系数，SJ(k)为第k个合成矢量所对应的第J相开关状态值。更进一步的，所述的步骤(5)中，第k个成本函数值计算表达式为：其中，λdc为中点电位调节因子。本发明的发明目的是这样实现的：本发明一种三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法，首先采集三电平逆变器网侧电流ia、ib、ic和电网电压ea、eb、ec并分别对其进行abc-αβ坐标变换，得到静止参考坐标系下的网侧电流iα、iβ及电网电压eα、eβ，然后采集直流侧电流idc和直流正负母线电容电压Vc1、Vc2，正负母线电容电压相加得到直流母线电压Udc；接着模型预测控制模块根据所得的网侧电流iα、iβ和电网电压eα、eβ计算n对预测电流值，根据所得的直流侧电流idc和直流正负母线电容电压Vc1、Vc2以及网侧电流ia、ib、ic，计算n对预测正负母线电容电压值；然后，三相网侧电流ia、ib、ic相加得到零序环流iz，零序环流iz通过权重因子计算模块计算得到权重因子λ1、λ2、λ3；最后，最优成本函数模块根据所得的n对预测电流值和n对预测正负母线电容电压值，所得的权重因子以及给定电流指令值计算得到n个成本函数值，并求出其中的最小值，在根据最小值得到最优开关状态，最优开关状态所对应的开关控制信号控制三电平逆变器各个IGBT的通断。本发明方法根据三电平逆变器不同开关状态对零序环流的不同影响对开关状态进行分区，最优成本函数模块以及权重因子计算模块均根据不通分区进行计算，进而得到最优开关控制信号。本方法能同时跟踪电流指令、平衡中点电位以及抑制并联逆变器间的零序环流，方法具思想直观简单、系统动态响应快等优点。附图说明图1为两台三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法系统示意图；图2为权重因子计算示意图；图3为采用本发明方法的零序环流和输出电流波形图；图4为用本发明方法的中点电位波动波形图；具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例为方便描述，本实施例以两台带单电感滤波器的三电平逆变器并联运行系统为例，叙述两台三电平逆变器间零序环流抑制的具体方法：本实施例中，如图1所示，本发明一种三电平逆变器并联系统零序环流抑制方法，包括以下步骤：(1)、采集三电平逆变器网侧电流ia、ib、ic和电网电压ea、eb、ec，分别对网侧电流和电网电压进行abc-αβ坐标变换，得到静止参考坐标系下网侧电流iα、iβ和电网电压eα、eβ；在本实施例中，abc-αβ坐标变换为(2)、采集直流侧电流idc和直流正负母线电容电压Vc1、Vc2，正负母线电容电压相加得到直流母线电压Udc；(3)、通常情况下，三电平逆变器共有27种开关状态，因此需要计算27对预测电流值和27对预测正负母线电容电压值：(3.1)、模型预测控制模块根据步骤(1)所得的网侧电流iα、iβ和电网电压eα、eβ计算27对预测电流值其中，第k(k＝1,2,…,27)对预测电流值计算表达式为：Ts为采样周期，R为线路阻抗，L为滤波电感，在本实施例中，Ts＝100μs，R＝10Ω，L＝20mH；Uα(k)、Uβ(k)为第k个合成矢量在静止参考坐标系下的分解值，合成矢量在静止参考坐标系下分解值见表1；表1.合成矢量在静止参考坐标系下分解值(3.2)、模型预测控制模块根据步骤(2)所得的直流侧电流idc和直流正负母线电容电压Vc1、Vc2以及网侧电流ia、ib、ic，计算27对预测正负母线电容电压值其中，第k对预测正负母线电容电压值计算表达式为：C为正负母线电容值，在本实施例中，C＝500μF；H1J(k)、H2J(k)分别为正负母第J(J＝a,b,c)相电流系数，SJ(k)为第k个合成矢量所对应的第J相开关状态值，合成矢量所对应的开关状态值见表2；表2.合成矢量所对应的开关状态值k合成矢量SaSbSck合成矢量SaSbSck合成矢量SaSbSc1V110010V1001-119V191112V211011V11-11-120V200003V301012V12-11021V21-1-1-14V401113V13-11122V220-1-15V500114V14-10123V2300-16V610115V15-1-1124V24-10-17V71-1-116V160-1125V25-1008V810-117V171-1126V26-1-109V911-118V181-1027V270-10(4)、由三相网侧电流ia、ib、ic相加得到零序环流iz，零序环流iz通过权重因子计算模块计算得到权重因子λ1、λ2、λ3；(4.1)、设置权重因子λ2值；在本实施例中，λ2设置为0.5；(4.2)、计算权重因子λ1的值，如图2所示：其中，izm为允许的最大零序环流，在本实施例中，izm＝1A；(4.3)、对权重因子λ1进行限幅，如图2所示：其中，Limit_up和Limit_low是限幅值，在本实施例中，Limit_up取0.24，Limit_low取0.01；(4.4)、计算权重因子λ3的值：λ3＝1-λ1-λ2；(5)、最优成本函数模块根据步骤(3)所得的27对预测电流值和27对预测正负母线电容电压值，步骤(4)所得的权重因子以及给定电流指令值计算得到27个成本函数值g(1),…,g(k),…,g(27)，第k个成本函数值计算表达式为：其中，λdc为中点电位调节因子，在本实施例中，λdc取0.1；(5)、最优成本函数模中求27个成本函数值g(1),…,g(k),…,g(27)的最小值g：(6)最优成本函数模根据g所对应的k值，得到对应的最优矢量Vopt，接着找到对应的最优开关状态，再得到对应的开关控制信号，进而控制三电平逆变器各个IGBT的通断。图3为采用本发明方法的零序环流和输出电流波形图，图4为采用本发明方法的中点电位波动波形图。本实施例中，给定每台逆变器母线电压450V，额定网侧相电压180V，电网频率50Hz；其中两台逆变器滤波电感分别取为10mH和8mH；且其中逆变器一电流指令10A，逆变器二电流指令6A；通过图3和图4的仿真波形图，可以看出零序环流几乎为零，并网电流波形质量好，且中点电位在很小的范围内波动，说明了本发明的有效性。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本
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的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本
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的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。当前第1页1 2 3