专利名称：一种y型连接串联h桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法
技术领域：
本发明涉及电能质量和多电平研究领域，特别涉及Y型连接拓扑中三相母线间的均压控制方法，具体地说是通过向拓扑中注入零序电压来实现三相直流母线间的均衡。
背景技术：
电力电子技术在电力系统中具有十分广阔的应用前景，其典型应用有静止无功发
生器、动态电压恢复器、静止电压补偿器、静止相位补偿器、功率流控制器、有源电力滤波器和高频整流器等[1]。这些典型应用的核心部分是并网逆变器。随着社会的发展，电力电子技术在电力系统中的应用逐渐朝中高压领域发展，所以对中、高压大容量并网逆变器的需求逐年增加，如对中高压电网功率和电压进行调节的动态电压恢复器、功率流控制器，以及为解决电网无功与谐波污染而大量应用的中高压静止无功发生器和电力有源滤波器。由于电压电流等级的提高，如果在这些高压大功率应用场合中采用传统两电平逆变器拓扑结构，则会出现逆变器拓扑中主要的开关器件耐压值不够高，与电力系统中高压范围不能直接匹配。一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用功率器件串联的方法来解决。但器件在串联使用时，存在静态和动态均压等一系列问题。多电平变换器的概念最早是由Nabae等人于80年代初提出。随着GTO、IGBT和IGCT等大功率可控器件容量等级的不断提高，以及以DSP为代表的控制芯片的迅速普及，多电平变换器的研究和应用有了迅猛的发展。多电平变换器技术具有诸多优点，比如减少了器件的电压应力，勿须考虑器件串联带来的均压问题，改善输出电压的频谱特性，减少了dv / dt和di / dt引起的电磁干扰等，已成为电力电子学中，以高压大功率变换为研究对象的一个新的研究领域m]。在静止无功发生器、动态电压恢复器、有源电力滤波器等很多串联H桥多电平并网逆变器的应用中，多个H桥模块串联后经连接电抗器接入电网。因为H桥模块可以从电网吸收能量补偿自身损耗，所以直流侧只需并联电容器，不用加独立的直流电压源U446]目前国内外专家对各种拓扑多电平并网逆变器进行研究，提出了具有应用价值的拓扑结构和控制策略。但是如何控制各个H桥模块吸收的功率，使各自直流侧电压稳定在给定值是一个难点问题。由于各个模块损耗的差异性和三相功率的不平衡性，如果不加以控制H桥模块的直流侧电压会严重偏离指令值。直流电压高于给定值的模块超额工作，开关器件存在过压损坏的危险；而直流电压偏离给定值低的模块又欠额工作。因此需要一种合理的多电平调制策略对各个H桥模块分配合理的指令电压，保持各个H桥模块功率平衡，确保装置的安全可靠运行。针对普通串联H桥均压问题，现有文献已经给出很多解决方案。如采用额外硬件电路控制的交流母线均压法和直流母线均压法，采用算法控制的脉冲循环换位法、交流输出电压调幅法和交流输出电压相移法。三角形连接串联H桥拓扑的直流侧电压均衡问题已经得到了很好的解决，但是针对Y型拓扑结构尚未看到有文献提出很好的方法对三相及各个H桥模块直流侧电压进行控制，并且对不平衡负载产生的负序电流进行补偿。本文提出了一种Y型串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法，利用零序电压在三相有功功率分配的积极作用来实现三相间直流母线的均衡，并且通过微调每相中各个模块的指令电压达到各个模块间的均压控制。以下给出检索的相关文献[I]陈坚.电力电子学-电力电子变换和控制技术.北京闻等教育出版
社，2002.[2]何湘宁，陈阿莲.多电平变换器的理论和应用技术.北京机械工业出版 社 2006[3]李永东，肖曦，高跃等.大容量多电平变换器——原理、控制、应用.北京科学出版社.2005[4]黄本润，夏立，吴正国.H桥级联多电平动态电压恢复器的研究.控制技术，2011，5(31) :1-3.[5]许湘莲 基于级联多电平逆变器STATC0M及其控制策略研究 [博士学位论文].武汉华中科技大学，2006[6]Rodriguez J, Lai J S，Peng F Z. Multilevel Inverters: A Survey ofTopologies, Controls, and Applications. IEEE Trans Industry Applications, 2002, 49(4):724-738.[7]李建林，林平，王长永等.基于载波相移SPWM技术的电流型有源电力滤波器的研究 中国电机工程学报，2003，23 (10) : 99-103.[8]胡应宏，任佳佳.级联STATC0M直流侧电压平衡控制方法.电机与控制学报，2010，14(11) :31-36.[9]Rudnick H，Dixon J, Moran L. Delivering clean and pure power. IEEE Powerand Energy Magazine. 2003, 1(5):32-40.[10]王庚，李永东，游小杰.级联式并联有源电力滤波器的控制.电工电能新技术，2004，23(4) :51-55.[11]Ahmed M Massoud, St印hen J Finney, Andrew J Cruden, Barry W Williams.Three-Phase, Three-ffire, Five-Level Cascaded Shunt Active Filter for PowerConditioning, Using Two Different Space Vector Modulation Techniques. IEEE TransPower Deliver, 2007，22(4):2349-2361.[12]何金平，毛承雄，陆继明.三相线电压级联多电平变化器原理及仿真研究.高电压技术，2007，33(4) :170-174.[13]Sixing Du, Jinjun Liu, Jiliang Lin. Control Strategy Study of STATC0MBased on Cascaded PWM H-bridge Converter With Delta Configuration. IPEMC2012.[14] Yingjie He, DU Si-Xing, Liu Jin-jun. A study on the DC LinkVoltage Balancing for Power Conditioners based on Cascaded H—bridges.ECCE, 2011，[ThH2-2]:1821-1827.[15]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京机械工业出版社，2004.[16]L A Silva, S P Pimentel, J A Pomilio. Nineteen-level Active FilterSystem using Asymmetrical Cascaded Converter with DC Voltages Control.Proceedings of the2005IEEE PESC, 2005, 303-308.
发明内容
本发明提出了一种串 联H桥结构三相Y型并网逆变器的直流母线电压控制方法。具体地说是先通过直流侧总的损耗产生有功电流指令来实现总的直流侧母线电压的恒定，再调节零序电压指令来实现每相间的直流母线电压的均衡，然后微调每相内部各模块的指令电压实现模块间的直流母线电压平衡。最后，实现直流母线电压维持稳定的目的。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案I、一种Y型连接串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法，在Y型拓扑结构中合成零序电压来达到对三相直流母线间的均衡控制，并且微调每相间各个模块的指令电压分配来实现模块间直流母线电压的平衡。每相母线分别连接到N个串联的H桥，三个串联电路Y型连接。包括以下步骤步骤I，三相总的直流母线电压控制步骤I. I，检测Y型串联多电平并网逆变器的ABC三相所有H桥模块直流侧电压udc_ai、Udc bi、udc ci( i = l，2“*N)，并求出各相N个H桥模块直流侧电压的和ua sum、ub sum、U。_及
每相模块电压平均值Ua ave、Ub ave, Uc ave和三相直流母线平均值=^ a_slu +Ub smll+Uc smn)。步骤I. 2，将三相直流母线平均值u_与每相直流侧电压给定值uMf送入单路减法器进行运算，其输出送入单路比例积分调节器调整，单路比例积分器的输出值作为直流侧与交流侧交换的有功分量Ap■，注入到三相调节器的有功轴d上来控制整个串联H桥补偿器从电网吸收有功功率。步骤2，合成零序电压指令步骤2. 1，利用步骤I. 2中的三相直流母线平均值Uave分别与Ua _、Ub smi做差经过PI积分器生成八<步骤2. 2，检测三相补偿电流4 4 C，通过关系式
权利要求
1.一种Y型连接串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法，其中，串联的H桥电路具有三路，三路的一端Y型连接在一起，另一端分别接到三相交流电网的三个输出端，每路串联的H桥电路各具有N个H桥模块，其特征在于，包括如下步骤 步骤I :三相总的直流母线电压控制 步骤I. 1，检测么8(三相所有11桥模块直流侧电压11(^、11(1。1^、11(1。。1(1=1，2"4)，并求出各相N个H桥模块直流侧电压的和uf Ul sum,Uc sun及每相模块电压平均值Ua _、Ub ■、Uc ave 和二相直流母线平均值uave =Y(ua—su + b m +ue—sum); 步骤I. 2，将三相直流母线平均值Uave与每相直流侧电压给定值UMf送入单路减法器进行运算，其输出送入单路比例积分调节器调整，单路比例积分调节器的输出值作为直流侧与交流侧交换的有功分量Ap■，注入到有功轴d上来控制整个串联H桥补偿器从电网吸收有功功率； 步骤2，合成零序电压指令 步骤2. 1，利用步骤I. 2中的三相直流母线平均值u■分别与Ua _、Ub ■做差经过PI积分器生成Au 、 步骤2. 2，检测三相补偿电流4 4 C，通过关系式
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤2. 6中的其中sin cot、cos cot通过锁相环得到。
全文摘要
一种Y型连接串联H桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法，控制整个串联H桥并网逆变器从电网吸收有功功率，来实现三相总的直流母线电压稳定；通过检测和计算来合成Y型拓扑结构中所需要的零序电压，来调节每相间直流母线间的平衡；微调每相间模块指令电压，重新分配各个模块吸收的有功功率，使得该模块实际吸收的有功功率刚好可以抵消这个模块自身的损耗，进而使每个模块在额定的指令电压值下稳定运行。
文档编号H02J3/38GK102723734SQ201210223079
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘进军, 杜思行, 林继亮 申请人:西安交通大学