一种级联型变流器载波频率优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子设备技术领域，尤其设及一种级联型变流器载波频率优化方 法。
【背景技术】
[0002] H桥级联型变流器是中高压大功率电力电子装置的主要拓扑之一，典型应用有：中 高压静止无功发生器（Static Var Generator,SVG)，有源电力滤波器（Active power filte;r，APF)W及变频器(Variable-打equency D;rive，VFD)等。载波移相调制是H桥级联型 变流器使用最广泛的调制方式。由于H桥级联型变流器各个单元的直流侧电气独立，直流电 压(直压）不均衡问题是H桥级联型变流器的应用和研究过程中普遍存在也亟待解决的问 题。
[0003] 针对直压不均衡问题，目前主要的解决方法是独立调整各单元调制波，实现对直 压不平衡的补偿。运种均压控制方法将任何原因的直压不平衡问题都统一对待，并用基波 有功功率来补偿，会导致各单元调制波的差异，使得输出谐波特性变差。而且当基波电流输 出减小时，上述均压方法的均压能力减弱甚至消失，从而引起直流侧电压发散，导致设备保 护动作。
[0004] 在载波移相调制下，级联链中的各个H桥单元输出的开关谐波相角不同，使得总输 出等效开关频率提高，但单个单元输出电压中仍含有很大的低频开关谐波分量。当电网中 存在开关谐波频率附近的背景谐波或者级联链需要输出开关谐波频段的谐波时，级联链中 就会有对应频率的电流。此时，各个单元上将产生开关谐波频段的电压电流禪合，形成不等 的有功功率吞吐。运将导致单元直流侧能量的持续积累或者流失，各单元直流侧电压成发 散趋势，影响输出效果和设备安全，此现象称为源性谐波能量不均问题。对于上述源性谐波 能量不均问题，国内外均缺乏相应的研究，没有针对性的解决方法。
【发明内容】
[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种级联型变流器载波频 率优化方法。在不调节调制波的情况下，让级联链中各单元开关谐波频谱与系统背景谐波 频率或级联链发出的谐波电流频率错开，从源头解决级联型变流器中的源性谐波能量不均 问题。
[0006] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得W解决的：
[0007] -种级联型变流器载波频率优化方法，其特征在于，所述级联型变流器由多个单 元级联得到，每一个单元由基本的H桥逆变电路组成。H桥逆变电路由四个全控型电力电子 开关器件组成，并定义每一个单元直流侧电压为Udc,调制比为M，变流器的设计载波频率为 f。，优化后实际载波频率为/。,，载波偏移频率为A f。，单元直流电压波动最大幅值为A Udcmax，A Udcmax - Udcmax-Udcmin，Udcmax是单兀直流电谷电压的取大值，Udcmin是单兀直流电谷电 压的最小值，ih为级联链需要输出电流ih二IhCOS( CO ht+0h)。
[000引具体方法是：
[0009] 步骤1，选取设计载波频率为fc，载波频率的偏移量为A fc，检测级联链的输出电 流，提取其中在频段(2fC-200HZ，2fc+200Hz)的电流谐波分量Ihi，Ih2，Ih3…；
[0010] 步骤2,针对步骤1中提取的各个谐波电流分量Ihl，Ih2，Ih3…，分别按照下式计算各 个谐波分量下的-為曲线。曲线中A f C的范围限制在(-50化，50Hz)之间。
[0012]其中，I功级联链需要输出电流的幅值，C为直流侧电容量，Jk是k阶第一类Bessel 函数；A f。是载波偏移频率，fs是调制波频率，fh是级联链需要输出电流频率，k取值满足 fh-(2fc+kfS) I < 50化，k=±l，±3，±5…。当同时有多个取值k满足条件时，取绝对值最小 的一个。
[001引步骤3,将步骤帥每一个级联链输出电流提取谐波量的At/心胃-4/；公式 相叠加，得出综合A Udcmax- A f C优化曲线。
[0014] 步骤4，取综合A Udcmax- A f C优化曲线中最小A Udcmax对应的A f C值作为最优频率偏 移量，并在所有单元的设计载波频率fc基础上加入偏移量A fc，从而得到优化后实际载波频 率乂.,。将所有单元的载波频率更新为尤,。综合AUdcmax-Afc优化曲线中非最优偏移频率同 样具有减弱单元输出电压开关谐波和级联链输出电流有功禪合的效果。
[0015] 步骤5,每隔一段时间间隔回到步骤1进行重新检测。考虑系统背景谐波及变流器 补偿指令在步骤1所检测频段频谱缓慢连续变化，时间间隔可为数秒甚至数分钟。不回到步 骤1重新检测，选取一个固定的偏移载波频率同样具有减弱单元输出电压开关谐波和级联 链输出电流有功禪合的效果。
[0016] 步骤1中，级联链输出电流谐波理想提取范围为全频段，但在工程上无法实现。考 虑单个单元输出电压开关谐波的分布规律，将提取频段选取为(2fc-200化，2fc+200化）。增 大或缩小提取范围会影响步骤3中综合A Udcmax-Afc曲线精度，但仍然可W优化载波频率， 实现单元输出电压开关谐波和级联链输出电流的有功禪合。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明设及的级联型变流器的电路拓扑图。
[0018] 图2(a)为载波频率优化前单元输出电压第一个开关谐波簇频谱图。
[0019]图2(b)为偏移量Afc=IOHz时单元输出电压第一个开关谐波簇频谱图。
[0020]图2 (C)为偏移量A f。= -20Hz时单元输出电压第一个开关谐波簇频谱图。
[0021 ]图3为单元直流电压最大波动幅值随载波频率偏移量变化曲线。
[0022] 图4载波频率优化实现原理图。
[0023] 图5为采用载波频率优化之前的直流侧电压和电流图。
[0024] 图6为采用载波频率优化之后的直流侧电压和电流图。
【具体实施方式】
[0025] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0026] 实施例：
[0027] -，如图1所示，级联型变流器采用如图所示结构。级联链由多个单元级联得到，每 一个单元由基本的H桥逆变电路组成。H桥逆变电路由虚线框内的1、2、3、4四个全控型电力 电子开关器件组成。1、2称为左桥臂，3、4称右桥臂。同一桥臂中上下两个开关器件的PWM触 发信号完全互补，左右桥臂的载波互差180度相角。其中UdciU = I，2-n)为第i个单元的直 流侧电压，电感L是为每一个单元的联络电抗，每一个单元首尾相连，Uno为级联W后