专利名称：一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动电网领域，特别是涉及一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置。
背景技术：
风力发电作为一种绿色可再生能源而备受关注。随着风电机组安装容量占电网比重不断增加，风力发电系统通过并网逆变器并接电网，当电网发生故障导致电压跌落一定程度时，将造成并网逆变器与电网解列；随风力发电穿透功率不断增大，若大量风力发电系统在电网故障时与电网解列，将对电网的电压和频率造成严重影响，甚至可能加剧故障程度，最终导致系统机组全部解列。因此风机在电网故障情况下的运行能力显得极为重要。我国新的电网运行准则明确要求并网型风电机组在电压跌落下一定时间内不能脱网，必须具备一定的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through, LVRT)。研究风力发电系统在电网故障下的LVRT，首先需有适合风力发电研究的电网电压跌落发生装置。电压跌落是最为常见的电网故障类型，只有准确模拟电压跌落的各种类型，即，只有能精确地控制电压跌落深度、持续时间、相位和跌落的类型，产生所需要的任意波形电压以适应不同故障条件下风电系统测试的需求，研究风力发电系统低电压穿越控制策略才有实际意义。而电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落具有不可控性，而为了开发和测试风电机组的低电压穿越能力，必须有专门的设备来模拟各种类型的电压跌落，这种设备称为电压跌落发生器(Voltage Sag Generater, VSG)。·现有技术中采用基于两电平电压源换流器的VSG。换流器采用两电平电压源，电网电压经过交-直-交变换对被测试设备供电，整流器控制输入功率因数、保持直流侧电压稳定，通过对逆变器的控制，可以产生所需要的各种类型的电压跌落波形。可行性强的电压跌落发生器方案要满足三个方面的要求高压大功率等级、实现简单和成本低。在现有技术的VSG中，当需要支持高压大功率输出时，必须扩展等级，需要采用大量开关器件直接串联，这种直接串联的连接方式对各个器件开通和关断的一致性要求很高，同时，也导致开关器件承受的应力较大。因此，这也就对开关器件的生产工艺要求苛刻，目前适用的这种开关器件，其购买价格十分昂贵，售价高达数十万美元，造成VSG的生产成本很高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置，能够精确控制电压跌落深度，持续时间、相位和跌落的类型，并且十分容易的可以扩展到高电压及大功率等级，满足高电压大功率的需求，对开关器件的要求不高，容易购买，价格便宜，并且输出的波形品质较优，还减少交流侧的滤波器。本发明提供了一种电压跌落发生装置，包括
模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器；所述模块化多电平整流器和所述模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，所述模块化多电平逆变器与所述模块化多电平整流器的构造相同；其中，所述模块化多电平整流器包括第一桥臂与第二桥臂串联形成的第一相单元、第三桥臂与第四桥臂串联形成的第二相单元、第五桥臂与第六桥臂串联形成的第三相单元，三个相单元并联；六个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成，N为大于或等于I的自然数；所述SM包括两个IGBT开关器和一个直流储能电容，所述两个IGBT开关器串联后与一个直流储能电容并联。 一种逆变器的控制方法，对所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，包括检测模块化多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压；将所述三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；分别对实际电流q轴分量与实际电流d轴分量进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压；分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，T为2 π /w，w为预设电流的角频率；对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号。优选的，所述分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值，包括通过PI比例积分调节控制器,按照公式Vd = kl (Udref-Ud)+k2 f (Uref-Ud) dt计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并按照公式Vq = k3 (Udref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值,其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。优选的，所述分别对q轴的实际电流值与d轴的实际电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压，包括
按照公式V1 = Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，i,是q轴实际电流值；按照公式V2 = Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。优选的，所述计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压，包括按照公式Vl(t) = kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d 轴输出电压，其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值， Li,是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值；·按照公式V2(t)= k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到 q 轴输出电压，其中，V2(t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值， Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。优选的，所述分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，包括按照公式Vd(t) = ￥1(0+￥1(卜1'/4)，计算所述(1轴输出电压与延迟1'/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控制电压，Vl⑴是d轴输出电压，Vl(t-T/4)是延迟T/4的电压；按照公式Vq (t) = V2 (t) +V2 (t_T/4)，计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq (t)是q轴控制电压，V2(t)是q轴输出电压，V2 (t_T/4)是延迟T/4的电压。优选的，还包括用得到的控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号，控制所述模块化多电平逆变器各个子模块SM中绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。—种逆变器的控制装置，对所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，包括检测模块，用于检测多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压；第一坐标转换模块，用于对检测的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压，分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；第一计算模块，用于分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；
第一调节模块，用于分别对q轴的电流值与d轴的电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；第二计算模块，用于计算所述d轴电压调节值和第一调节电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调节电压差值，得到q轴输出电压；延迟处理模块，用于分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压；第二坐标转换模块，用于对对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；脉冲信号生成模块，对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制逆变器的脉冲信号。优选的，所述第一计算模块，包括 d轴电压调节子模块，用于通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vd = kl (Udref-Ud)+k2 / (Uref-Ud) dt计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并q轴电压调节子模块用于按照公式Vq = k3 (Udref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值，其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数,Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。优选的，所述第一调节模块，包括q轴电流调节子模块，用于按照公式V1 = Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，i,是q轴实际电流值；d轴电流调节子模块，用于按照公式V2 = Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。优选的，所述第二计算模块，包括d轴输出电压计算子模块，用于按照公式Vl (t) = kl (Udref-Ud) +k2 f (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d轴输出电压,其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值，ω Liq是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值；q轴输出电压计算子模块，用于按照公式V2(t) = k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到 q轴输出电压，其中，V2 (t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值，ω Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。优选的，所述延迟处理模块，包括d轴延迟子模块，用于按照公式Vd(t) = Vl(t)+Vl(t_T/4)，计算所述d轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控制电压，Vl (t)是d轴输出电压，Vl (t-T/4)是延迟T/4的电压；q轴延迟子模块，用于按照公式Vq(t) = V2 (t)+V2 (t_T/4)，计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq (t)是q轴控制电压，V2 (t)是q轴输出电压，V2 (t-T/4)是延迟T/4的电压。优选的，还包括触发脉冲模块，所述触发模块，用于根据脉冲信号生成模块产生的脉冲信号控制所述模块化多电平逆变器的各个子模块中的绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，以产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。本发明所提供的一种电压跌落发生装置，采用的模块化的电路结构，可以根据现实需求增加或者减少子模块SM的数目，以支持高电压大功率的电压测试工程需求，并且降低了对开关器件的工艺要求，降低了装置的生成成本和集成难度，提高了整个系统的性能， 提供的控制方法对电压跌落发生装置中的逆变器进行控制，采用延迟处理的方法，消除二倍频的交流分量问题，更加精准的产生控制电压，经过触发脉冲生成处理，得到控制模块化多电平逆变器的脉冲信号，以此脉冲信号对逆变器中子模块SM中的开关器件的开通与关闭进行控制，从而实现各种波形电压的产生。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例一揭示的一种电压跌落发生装置结构示意图；图2为本发明实施例二揭示的一种逆变器的控制方法流程图；图3为本发明实施例三揭示的另一种逆变器的控制方法流程图；图4为本发明实施例四揭示的一种逆变器的控制装置结构示意图；图5为本发明实施例五揭示的另一种逆变器的控制装置结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。实施例一本发明提供了一种电压跌落发生装置，下面是实施例一为例进行描述，具体请参阅图1，其为本发明实施例一揭示的一种电压跌落发生装置结构示意图，具体包括模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器；所述模块化多电平整流器和所述模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，所述模块化多电平逆变器与所述模块化多电平整流器的构造相同；其中，所述模块化多电平整流器包括第一桥臂与第二桥臂串联形成的第一相单元、第三桥臂与第四桥臂串联形成的第二相单元、第五桥臂与第六桥臂串联形成的第三相单元，三个相单元并联；
六个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成，N为大于或等于I的自然数；所述SM包括两个IGBT开关器和一个直流储能电容，所述两个IGBT开关器串联后与一个直流储能电容并联。上述装置，采用的模块化的电路结构，可以根据现实需求增加或者减少子模块SM的数目，以支持高电压大功率的电压测试工程需求，并且降低了对开关器件的工艺要求，降低了装置的生成成本和集成难度，提高了整个系统的性能。实施例二针对上述实施例中描述的装置，由于存在静态、动态均压、电磁干扰及由于过高的开关频率会带来过高的开关损耗等问题，因此VSG输出的电压跌落波形质量不高，谐波含 量较大，特别是在子模块的个数比较多的时候，这些问题会更加严重。现有技术通常采用在交流侧安装一个滤波器进行滤波的方法，在一定程度上消除上述问题，避免对整个VSG电路的性能产生影响。但是，在交流侧安装滤波器彻底消除二倍频的交流分量时，其滤波效果受频率影响较大，频率波动会使滤波器性能变差，造成一定程度的延迟，从而使得产生的波形质量较差，无法满足测试需求。针对上述技术问题，本发明提供了一种逆变器的控制方法，对上述装置中的模块化多电平逆变器进行控制，从而解决针对彻底消除二倍频的交流分量问题，同时也解决了在交流侧案子滤波器的带来的成本问题和技术问题。为了更好的说明本发明提出的方法，以下面实施例二为例进行说明，具体如图2所揭示的一种逆变器的控制方法流程图，具体包括以下步骤步骤201 :检测模块化多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压；步骤202 :将所述三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；步骤203 :分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；步骤204 :分别对实际电流q轴分量与实际电流d轴分量进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；步骤205 :计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压；步骤207 :分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，T为2 π /w，w为预设电流的角频率；步骤208 :对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；步骤209 :对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号。通过上述实施例描述的方法，可以采用延迟处理的方法，消除二倍频的交流分量问题，更加精准的产生控制电压，经过触发脉冲生成处理，得到控制模块化多电平逆变器的脉冲信号，以此脉冲信号对逆变器中子模块SM中的开关器件的开通与关闭进行控制，从而实现各种波形电压的产生。实施例三为了对本发明提出的方法，进行更为具体的描述，下面以实施例三为例进行描述，具体请参阅图3提出的另一种逆变器的控制方法流程图所示，具体包括以下步骤步骤301 :检测模块化多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压；步骤302 :将所述三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；
步骤303 :分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；上述步骤303，例如可以具体为步骤303A，通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vd= kl (Udref-Ud)+k2 f (Uref-Ud) dt,计算 d 轴电压调节值,其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并步骤303B，通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vq =k3 (Udref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值,其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。 上述步骤303A和303B没有先后顺序要求，可以任意一个步骤先进行，也可以两个步骤同时进行，图3所示仅仅为其中一种情况。步骤304 :分别对实际电流q轴分量与实际电流d轴分量进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；上述步骤304，例如可以具体为步骤304A，按照公式V1 = ω Liq，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，i,是q轴实际电流值；步骤304B按照公式V2 = ω Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。上述步骤304A和304B没有先后顺序要求，可以任意一个步骤先进行，也可以两个步骤同时进行，图3所示仅仅为其中一种情况。步骤305 :计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压；上述步骤305，例如可以具体为步骤305A按照公式V1⑴=kl (Udref-Ud) +k2 / (Udref-Ud) dt+ω Liq，计算得到d轴输出电压，其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值，ω Liq是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，iq是实际电流q轴值；
步骤305B,按照公式V2 (t) = k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到q轴输出电压，其中，V2 (t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值，ω Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。上述步骤305A和305B没有先后顺序要求，可以任意一个步骤先进行，也可以两个步骤同时进行，图3所示仅仅为其中一种情况。步骤306 :分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，T为2 π /w，w为预设电流的角频率；上述步骤306，例如可以具体为步骤306A，按照公式Vd(t) = Vl (t)+Vl (t_T/4)，计算所述d轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控 制电压，Vl (t)是d轴输出电压，Vl (t-T/4)是延迟T/4的电压；步骤306B，按照公式Vq(t) = V2 (t)+V2 (t_T/4)，计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq (t)是q轴控制电压，V2 (t)是q轴输出电压，V2 (t-T/4)是延迟T/4的电压。上述步骤306A和306B没有先后顺序要求，可以任意一个步骤先进行，也可以两个步骤同时进行，图3所示仅仅为其中一种情况。步骤307 :对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；步骤308 :对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号。上述方法，还包括，步骤309:用得到的控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号，控制所述模块化多电平逆变器各个子模块SM中绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。通过上述实施例描述的方法，可以采用具体的计算对电压电流进行调节控制，采用延迟处理的方法，消除二倍频的交流分量问题，更加精准的产生控制电压，经过触发脉冲生成处理，得到控制模块化多电平逆变器的脉冲信号，以此脉冲信号对逆变器中子模块SM中的开关器件的开通与关闭进行控制，从而实现各种波形电压的产生。实施例四本发明还提供了一种逆变器的控制装置，对上述实施例I中所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，下面对实施例四为例，进行描述，具体请参阅图4所示的一种逆变器的控制装置结构示意图，具体包括检测模块401，用于检测多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压；第一坐标转换模块402，用于对检测的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压，分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；第一计算模块403，用于分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；
第一调节模块404，用于分别对q轴的电流值与d轴的电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；第二计算模块405，用于计算所述d轴电压调节值和第一调节电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调节电压差值，得到q轴输出电压；延迟处理模块406，用于 分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压；第二坐标转换模块407，用于对对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；脉冲信号生成模块408，对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制逆变器的脉冲信号。优选的，上述装置，还包括触发模块，用于根据脉冲信号生成模块产生的脉冲信号控制所述模块化多电平逆变器的各个子模块中的绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，以产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。通过上述装置，采用的延迟处理模块，可消除二倍频的交流分量问题，整个装置能够更加精准的产生控制电压，经过触发脉冲模块处理，产生控制模块化多电平逆变器的脉冲信号，以此脉冲信号对逆变器中子模块SM中的开关器件的开通与关闭进行控制，从而实现各种波形电压的产生。实施例五下面以更为详细的实施例五对本发明提供的控制装置进行描述，具体请参阅图5为本方面揭示的另一种逆变器的控制装置，具体包括检测模块501，用于检测多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压；第一坐标转换模块502，用于对检测的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压，分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；第一计算模块503，用于分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；优选的，上述第一计算模块503，包括d轴电压调节子模块503A和q轴电压调节子模块503B，其中，d轴电压调节子模块503A，用于通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vd = kl (Udref-Ud)+k2 / (Uref-Ud)dt计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并q轴电压调节子模块503B :用于按照公式Vq = k3 (Udref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq)dt,计算q轴电压调节值,其中,Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数,Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。第一调节模块504，用于分别对q轴的电流值与d轴的电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；优选的，上述第一调节模块504，包括q轴电流调节子模块504A和d轴电流调节子模块504B，其中，
q轴电流调节子模块504A，用于按照公式V1 = ω Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，i,是q轴实际电流值；d轴电流调节子模块504B，用于按照公式V2 = ωLid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。第二计算模块505，用于计算所述d轴电压调节值和第一调节电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调节电压差值，得到q轴输出电压；优选的，上述第二计算模块505，包括d轴输出电压计算子模块505A和q轴输出电压计算子模块505B，其中，d轴输出电压计算子模块505A，用于按照公式·
Vl (t) = kl (Udref-Ud) +k2 f (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d轴输出电压,其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值，ω Liq是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值；q轴输出电压计算子模块505B，用于按照公式V2(t)=k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到q轴输出电压,其中，V2 (t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值，ω Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。延迟处理模块506，用于分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压；优选的，上述延迟处理模块506，包括d轴延迟子模块506A和q轴延迟子模块506B,d轴延迟子模块506A，用于按照公式Vd(t) = Vl (t)+Vl (t_T/4)，计算所述d轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd(t)是d轴控制电压，Vl(t)是d轴输出电压，Vl (t-T/4)是延迟T/4的电压；q轴延迟子模块506B,用于按照公式Vq(t) = V2 (t)+V2 (t_T/4),计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq(t)是q轴控制电压，V2 (t)是q轴输出电压，V2 (t-T/4)是延迟T/4的电压。第二坐标转换模块507，用于对对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；脉冲信号生成模块508，对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制逆变器的脉冲信号。优选的，上述装置，还包括触发模块509，用于根据脉冲信号生成模块产生的脉冲信号控制所述模块化多电平逆变器的各个子模块中的绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，以产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。以上对本发明所提供的一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书 内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种电压跌落发生装置，其特征在于，包括 模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器； 所述模块化多电平整流器和所述模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，所述模块化多电平逆变器与所述模块化多电平整流器的构造相同；其中， 所述模块化多电平整流器包括第一桥臂与第二桥臂串联形成的第一相单元、第三桥臂与第四桥臂串联形成的第二相单元、第五桥臂与第六桥臂串联形成的第三相单元，三个相单元并联； 六个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成,N为大于或等于I的自然数；所述SM包括两个IGBT开关器和一个直流储能电容，所述两个IGBT开关器串联后与一个直流储能电容并联。
2.一种逆变器的控制方法，其特征在于，对上述权利要求I所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，包括 检测模块化多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压； 将所述三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量； 分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值； 分别对实际电流q轴分量与实际电流d轴分量进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压； 计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压； 分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，T为2 π /w，w为预设电流的角频率； 对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值，包括 通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vd = kl (Udref-Ud) +k2 f (Uref-Ud) dt计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并 按照公式Vq = k3 (Udref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值,其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别对q轴的实际电流值与d轴的实际电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压，包括按照公式V1 = Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，iq是q轴实际电流值； 按照公式V2 = Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压，包括 按照公式Vl(t) = kl (Udref-Ud) +k2 f (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d轴输出电压，其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值，ω Liq是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值； 按照公式V2(t) = k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到 q轴输出电压，其中，V2(t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值，ω Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，包括 按照公式Vd(t) = Vl (t)+Vl (t-T/4)，计算所述d轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控制电压，Vl (t)是d轴输出电压，Vl (t-T/4)是延迟T/4的电压； 按照公式Vq(t) =V2(t)+V2(t_T/4)，计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq (t)是q轴控制电压，V2(t)是q轴输出电压，V2 (t_T/4)是延迟T/4的电压。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括 用得到的控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号，控制所述模块化多电平逆变器各个子模块SM中绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。
8.一种逆变器的控制装置，其特征在于，对上述权利要求I所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，包括 检测模块，用于检测多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压； 第一坐标转换模块，用于对检测的三相实际电流、三相实际电压和三相参考相电压，分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量； 第一计算模块，用于分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值； 第一调节模块，用于分别对q轴的电流值与d轴的电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压； 第二计算模块，用于计算所述d轴电压调节值和第一调节电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调节电压差值，得到q轴输出电压； 延迟处理模块，用于分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压； 第二坐标转换模块，用于对对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压； 脉冲信号生成模块，对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制逆变器的脉冲信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，包括 d轴电压调节子模块，用于通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vd = kl(Udref-Ud)+k2 / (Uref-Ud)dt 计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值,kl和k2分别是调节控制系数,Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并 q轴电压调节子模块用于按照公式Vq = k3 (Udref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值，其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一调节模块，包括 q轴电流调节子模块，用于按照公式V1 = Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，i,是q轴实际电流值； d轴电流调节子模块，用于按照公式V2 = Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块，包括 d轴输出电压计算子模块，用于按照公式 Vl (t) = kl (Udref-Ud) +k2 / (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d 轴输出电压，其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值，ω Liq是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值；q轴输出电压计算子模块，用于按照公式 V2 (t) = k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到 q 轴输出电压，其中，V2 (t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值，ω Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述延迟处理模块，包括 d轴延迟子模块，用于按照公式Vd(t) = Vl (t)+Vl (t-T/4)，计算所述d轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控制电压，Vl (t)是d轴输出电压，Vl (t-T/4)是延迟T/4的电压；q轴延迟子模块，用于按照公式Vq(t) = V2(t)+V2(t_T/4)，计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq (t)是q轴控制电压，V2 (t)是q轴输出电压，V2 (t-T/4)是延迟T/4的电压。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括触发脉冲模块， 所述触发模块，用于根据脉冲信号生成模块产生的脉冲信号控制所述模块化多电平逆变器的各个子模块中的绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通或关断，以产生所述模块化多电平逆变器交流侧的输出电压。
全文摘要
本发明实施例公开了一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置，所述发生装置包括，模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器；模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，且两者构造相同，其结构包括三个相单元并联，每个相单元由两个桥臂串联组成；任意一个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成；所述SM由两个IGBT开关器和一个直流储能电容并联组成。此装置能够精确控制电压跌落深度，持续时间、相位和跌落的类型，并且十分容易的可以扩展到高电压及大功率等级，满足高电压大功率的需求，对开关器件的要求不高，容易购买，价格便宜，并且输出的波形品质较优，还减少交流侧的滤波器。
文档编号H02M7/49GK102904458SQ20121044424
公开日2013年1月30日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者张 杰, 李江红, 王坚, 应婷, 谭娟 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司