一种新能源变换器换流控制方法及系统与流程

1.本公开涉及电力系统运行控制技术领域，特别涉及一种新能源变换器换流控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.新能源变换器在工业驱动和可再生能源发电方面有着广泛的应用，尤其是在中压大功率系统应用前景广阔。新能源变换器因为器件数量相对较少，并且能够在很宽的基频和调制指数范围内很好地平衡电容电压。新能源变换器的互补开关需要pwm死区来避免击穿，这可能会导致大的电压尖峰。死区引起的尖峰可以具有几个输出电压电平的幅度，而持续时间与死区时间相同。从长远来看，较大的电压尖峰会导致局部放电，其影响会累积并导致绝缘故障。业界和学术界一致认为限制电压尖峰和相应的局部放电是非常重要的。
4.死区引起的尖峰很难通过改进母线设计或增加缓冲器来缓解，而电压尖峰滤波器会增加高功率应用的成本。对于新能源变换器，很难通过创建换流路径很难减少或消除电压尖峰，而且会改变功率器件上的电流和电压应力。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种新能源变换器换流控制方法及系统，用来抑制新能源变换器换流过程的感应电压尖峰，可以消除死区引起的脉冲，易于实现，所需的计算负担较小，切换动作的数量没有增加，工程应用前景广阔。
6.为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
7.本公开第一方面提供了一种新能源变换器换流控制方法。
8.一种新能源变换器换流控制方法，包括：
9.获取新能源变换器的初始开关矢量和输出电压水平，
10.建立初始开关矢量在电流方向下的等效开关矢量；
11.找出初始开关矢量和目标开关矢量之间的多个igbt的开关状态；
12.根据等效开关矢量和开关状态，并通过逐位逻辑运算方法得到插入的开关矢量；
13.将插入的开关矢量输入至新能源变换器控制器中，完成换流过程。
14.进一步地，所述等效开关矢量利用igbt的反并联二极管来创建相同的电流路径。
15.进一步地，所述等效开关矢量由初始开关矢量和集成igbt和反并联二极管创建的电流矢量进行按位异或运算获得。
16.进一步地，所述多个igbt的开关状态具体为初始开关矢量和目标开关矢量之间的开关矢量。
17.进一步地，所述开关矢量由初始开关矢量和目标开关矢量按位异或运算获得。
18.进一步地，所述控制方法是通过控制igbt开关来提供创建换流路径。
19.进一步地，所述换流路径在一个桥臂内执行。
20.本公开第二方面提供了一种新能源变换器换流控制系统。
21.一种新能源变换器换流控制系统，包括：
22.数据获取模块，被配置为，获取新能源变换器的初始开关矢量和输出电压水平；
23.等效矢量模块，被配置为，建立初始开关矢量在电流方向下的等效开关矢量；
24.开关矢量模块，被配置为，找出初始开关矢量和目标开关矢量之间的多个igbt的开关状态；
25.逻辑运算模块，被配置为，根据等效开关矢量和开关状态，并通过逐位逻辑运算方法得到插入的开关矢量。
26.本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的一种新能源变换器换流控制方法中的步骤。
27.本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的一种新能源变换器换流控制方法中的步骤。
28.与现有技术相比，本公开的有益效果是：
29.本公开所述的换流方法，使用逐位逻辑运算的方法来实现换流步骤。利用这种方法，可以直接获得换向步骤期间的切换矢量，而无需对特定的换向步骤进行预编程；
30.本公开可以消除死带引起的脉冲，易于实现，所需的交换负担较小，切换动作的数量没有增加。利用等效的开关矢量，可以安全地执行开关动作，而不会导致互补开关短路，并降低开关状态切换时的的电压尖峰，而且这种方法不会增加切换动作的数量，具有广阔的工程应用前景。
附图说明
31.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
32.图1为本公开实施例1提供的新能源变换器的拓扑结构示意图。
33.图2为当开关矢量从状态4b改变到状态3b时产生的电流路径和输出电压示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
35.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
36.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
37.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.实施例1：
39.如图1所示，本公开实施例1提供了一种新能源变换器换流控制方法，包括以下内
容：
40.获取新能源变换器的初始开关矢量和输出电压水平，
41.建立初始开关矢量在电流方向下的等效开关矢量；
42.找出初始开关矢量和目标开关矢量之间的多个igbt的开关状态；
43.根据等效开关矢量和开关状态，并通过逐位逻辑运算方法得到插入的开关矢量；
44.将插入的开关矢量输入至新能源变换器控制器中，完成换流过程。
45.进一步地，所述等效开关矢量利用igbt的反并联二极管来创建相同的电流路径。
46.进一步地，所述等效开关矢量由初始开关矢量和集成igbt和反并联二极管创建的电流矢量进行按位异或运算获得。
47.进一步地，所述多个igbt的开关状态具体为初始开关矢量和目标开关矢量之间的开关矢量。
48.进一步地，所述开关矢量由初始开关矢量和目标开关矢量按位异或运算获得。
49.进一步地，所述控制方法是通过控制igbt开关来提供创建换流路径。
50.进一步地，所述换流路径在一个桥臂内执行。
51.具体的：
52.包含六对互补开关的新能源变换器结构如附图1所示。一般来说，开关是集成了反并联二极管的igbt。表1中列出了适用的开关矢量和输出电压水平。其中，开关矢量为表示开关状态的二进制码。新能源变换器在每相有两个浮动电容，并共三分裂直流电容。在过渡过程中，s1和s2和
…
s6和在任何情况下都不能同时开启互补开关。在实际中，当互补开关需要改变它们的开/关状态时，必须插入死区，从而开启动作将被延迟，关闭动作将首先进行。
53.表1 新能源变换器的适用开关状态
54.[0055][0056]
以正电流方向下的状态4b和状态3b之间的切换作为例进行描述，当然，在其他状态下也有类似的换流路径。
[0057]
步骤一，关闭具有反并联二极管的开关，以保证提供的电流路径不变。从图2中可以看出，开关和在步骤一被关闭。由于二极管的存在，电流路径没有改变，并产生了与初始开关矢量相同的输出电压。这一步骤持续2微秒，以确保igbt完全关闭。
[0058]
步骤二，打开步骤一关闭的开关的互补部分。因为和s5在步骤一中已经关闭，打开开关s1、s2和同时，关闭用二极管提供与目标开关矢量相同的电流路径的s3。如果关闭操作和开启操作可以同时发生，则当前的换流路径将从初始路径无缝地切换为目标路径。这个步骤也会持续2微秒，以确保关闭操作能够完成。
[0059]
最后，应用目标开关矢量，输入新能源变换器的控制器，完成换流过程。在本例中，开关在最后一步打开。除了这个例子，所有其他开关组合的在正负电流的情况下也可以找到新能源变换器的换流路径。相同的过程适用于所有状态切换。
[0060]
在初始开关矢量和目标开关矢量之间插入两个换流步骤，对于不同的状态切换，换向路径是不同的。为了简化换相方案的实现，本专利提出了一种逐位逻辑运算的方法来
实现换相步骤。利用这种方法，可以直接获得换向步骤期间的切换矢量，而无需对特定的换流步骤进行预编程。
[0061]
应用本方法，步骤一和步骤二的开关矢量可以用如下方法获得:
[0062]
″
[0063]
1.得到初始开关矢量sv0在电流方向下的等效开关矢量sv0。由于sv0利用igbt的反并联二极管来创建相同的电流路径，可以得到:
[0064][0065]
其中，表示按位异或运算；
[0066]
sv
dp
为集成igbt和反并联二极管创建的电流矢量，由输出电流io方向决定:
[0067][0068]
2.找出初始开关矢量sv0和目标开关矢量sv3之间的开关矢量sv
sw
。应用二进制运算，sv
sw
可以表示为:
[0069][0070]
其中，表示按位异或运算；
[0071]
3.步骤一的开关矢量定义为sv1，可以得到:
[0072]
sv
x
＝sv
′0&sv
sw
[0073]
sv1＝sv0&(～sv
x
)
[0074]
其中，&表示按位与运算；～表示按位取反运算；
[0075]
4.步骤二的开关矢量定义为sv2，可以得到:
[0076][0077]
sv2＝svy&sv3[0078]
其中，表示按位异或运算；&表示按位与运算；
[0079]
由此，可以得到插入的开关矢量sv2。应用目标开关矢量，输入新能源变换器的控制器，完成换流过程。
[0080]
实施例2.
[0081]
一种新能源变换器换流控制系统，包括：
[0082]
数据获取模块，被配置为，获取新能源变换器的初始开关矢量和输出电压水平；
[0083]
等效矢量模块，被配置为，建立初始开关矢量在电流方向下的等效开关矢量；
[0084]
开关矢量模块，被配置为，找出初始开关矢量和目标开关矢量之间的多个igbt的开关状态；
[0085]
逻辑运算模块，被配置为，根据等效开关矢量和开关状态，并通过逐位逻辑运算方法得到插入的开关矢量。
[0086]
实施例3.
[0087]
一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的一种新能源变换器换流控制方法中的步骤。
[0088]
实施例4.
[0089]
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程
序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的一种新能源变换器换流控制方法中的步骤。
[0090]
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0091]
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0092]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0093]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0094]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0095]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。