级联三相桥的APF直流侧电压的均压控制电路的制作方法

级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路
技术领域
1.本实用新型涉及光伏电路控制技术领域，尤其涉及一种级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路。


背景技术：

2.目前，在减少碳排放量的要求下,光伏发电作为一种主要的新能源技术在电力能源结构中的占比不断提升，通过分布式光伏发电设备在光照资源丰富的地区进行发电已经较为普遍。
3.其中，对于光伏发电中使用的高压光伏逆变器，通常是采用级联三相桥的拓扑结构实现。并且，为了减少光伏电网中的负载产生的谐波电流对正常发电产生的影响，通常会在光伏电网中接入有源电力滤波器(active power filter，简称apf)作为谐波补偿装置。通过向电网注入补偿电流来抵消负载产生的谐波电流，使电源电流成正弦波，以达到补偿目的。
4.相关技术中，通过级联三相桥型apf进行谐波补偿时，会对三相电路中产生的谐波电流进行检测。然而，申请人发现，对三相电路的谐波电流进行检测和补偿时，由于级联三相桥变换器中各模块传输的瞬时有功功率可能会产生波动等因素的影响，级联三相桥apf直流侧电容电压容易产生波动。而相关技术中无法对apf直流侧电容电压产生的波动进行控制，影响了级联三相桥apf的正常工作。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
6.为此，本实用新型的目的在于提出一种级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路。该电路可以使apf直流侧电容电压保持稳定，并均衡三相桥每个子模块的电容电压，实现了对级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制。
7.为达上述目的，本实用新型的实施例提出一种级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路，该电路包括：
8.第一pi控制器、两个低通滤波器、第一变换模块、第二变换模块和三个第二pi控制器，其中,
9.所述第一变换模块的输入端接收级联三相桥的三相瞬时电流，所述第一变换模块的输出端与所述两个低通滤波器的输入端相连，所述第一变换模块用于将所述三相瞬时电流转换为瞬时有功电流和瞬时无功电流；
10.所述两个低通滤波器的输出端与所述第二变换模块的输入端相连，其中，第一低通滤波器用于将所述瞬时有功电流转换为瞬时有功电流的直流分量，第二低通滤波器用于将所述瞬时无功电流转换为瞬时无功电流的直流分量；
11.所述第一pi控制器的输入端接收所述级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值与参考电压值的第一电压差值，所述第一pi控制器的输出端与所述第一低通滤波器的
输出端相连，以将所述第一电压差值叠加至所述瞬时有功电流的直流分量；
12.所述第二变换模块用于将所述瞬时有功电流的直流分量和所述瞬时无功电流的直流分量转换为三相瞬时电流的基波分量，并根据所述三相瞬时电流的基波分量输出三相瞬时电流的谐波分量；
13.每个所述第二pi控制器的输入端对应接收，所述级联三相桥的每个子模块的直流侧电容电压值与全部子模块的直流侧电容电压的平均值的第二电压差值，每个所述第二pi控制器的输出端分别与所述第二变换模块的每个输出端对应连接。
14.另外，本实用新型实施例的级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路还具有如下附加的技术特征：
15.可选地，在一些实施例中，第一变换模块的每个输入端与所述第二变换模块的每个输出端的第一位置对应连接，以将所述三相瞬时电流减去对应的所述基波分量后得到所述三相瞬时电流的谐波分量。
16.可选地，在一些实施例中，该电路中每个所述第二pi控制器的输出端分别与所述第二变换模块的每个输出端的第二位置对应连接，所述第二位置在所述第一位置之后。
17.可选地，在一些实施例中，该电路还包括：三个单位正弦波发生器，其中，每个所述单位正弦波发生器与对应的第二pi控制器的输出端连接，以将每个所述第二pi控制器输出的所述第二电压差值乘以对应的单位正弦波后叠加至对应的所述谐波分量作为指令电流。
18.可选地，在一些实施例中，该电路还包括控制器，所述控制器用于：获取所述指令电流，并与所述级联三相桥的apf输出的补偿电流进行比较；根据比较结果调整所述第二电压差值大于零的子模块的电容电压，直至所述第二电压差值等于零。
19.可选地，在一些实施例中，级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值是所述全部子模块的直流侧电容电压值的平均值的两倍，所述参考电压值是预设的定值电压的两倍。
20.可选地，在一些实施例中，第二变换模块与所述第一变换模块中的矩阵电路互逆。
21.可选地，在一些实施例中，第一变换模块，包括：第一变换矩阵电路，用于将接收到的所述三相瞬时电流转换为两项电流；第二变换矩阵电路，用于将所述两项电流转换为所述瞬时有功电流和所述瞬时无功电流。
22.可选地，在一些实施例中，第二变换模块包括：第三变换矩阵电路，用于将所述瞬时有功电流的直流分量和所述瞬时无功电流的直流分量转换为两项电流；第四变换矩阵电路，用于根据所述瞬时有功电流的直流分量和所述瞬时无功电流的直流分量计算所述三相瞬时电流的基波分量，并将两项电流转换为所述三相瞬时电流的基波分量。
23.本实用新型的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过该均压控制电路，当级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值小于给定值时，最后输出的电流含有正的有功分量，与电网发生有功功率交换后，使实际值上升到给定值，而当实际电压值大于给定值时，最后输出的电流含有负的有功分量，可以使实际值下降到给定值，从而可以保持级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值稳定在给定值附近。并且，还通过增加一个电压环的来均衡级联三相桥的三个子模块间的功率，来减小三个子模块的电容电压的波动，从而可以实现各个子模块电容电压保持均衡。由此，该均压控制电路在使apf直流侧电容电压保持稳定的基础上，还可以均衡三相桥每个子模块的电容电压，避免了电压波动对
级联三相桥的apf的影响，保证了对谐波电流的补偿效果，有利于光伏电网的正常发电运行。
24.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
25.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1为本实用新型实施例提出的一种级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路的结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例提出的一种具体的级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路的结构示意图。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.下面参考附图描述本实用新型实施例的级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路。
30.图1为本实用新型实施例提出的一种级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路的结构示意图，如图1所示，该电路包括：第一变换模块10、第一低通滤波器20、第二低通滤波器30、第一pi控制器40、第二变换模块50和三个第二pi控制器60。
31.其中，第一变换模块10的输入端接收级联三相桥的三相瞬时电流，第一变换模块用于将三相瞬时电流转换为瞬时有功电流和瞬时无功电流。其中，级联三相桥是通过多个h桥单元构成的级联型变换器，级联三相桥中的每个子模块与一个独立的直流源相连，通过各个子模块间的级联得到变换器交流测线电压。
32.在本实用新型一个实施例中，如图1所示，第一变换模块10包括三个输入端和两个输出端，每个输入端对应接收级联三相桥三相电路的三相瞬时电流ia、ib、ic，第一变换模块10通过其内部的电路结构和转换逻辑将接收到的三相瞬时电流转换为瞬时有功电流i
p
和瞬时无功电流iq。第一变换模块10的输出端分别与两个低通滤波器的输入端相连，以将瞬时有功电流i
p
和瞬时无功电流iq分别传输给对应的低通滤波器。
33.两个低通滤波器的输出端与第二变换模块50的输入端相连，其中，第一低通滤波器20用于将瞬时有功电流转换为瞬时有功电流的直流分量，第二低通滤波器30用于将瞬时无功电流转换为瞬时无功电流的直流分量。
34.在本实用新型一个实施例中，由于瞬时有功功率和瞬时无功功率分别由直流分量及交流分量组成，而通过低通滤波器(low-pass filter，简称lpf)进行过滤后，只有低频信号能正常通过，从而可以得到各自的直流分量。具体实施时，继续参照图1所示的示例，第一低通滤波器20的输入端与第一变换模块10输出瞬时有功电流i
p
的输出端相连，将瞬时有功
电流i
p
转换为瞬时有功电流的直流分量第二低通滤波器30的输入端与第一变换模块10输出瞬时无功电流iq的输出端相连，将瞬时无功电流iq转换为瞬时有功电流的瞬时无功电流的直流分量两个低通滤波器的输出端均与第二变换模块10的输入端相连，以将过滤后的直流分量传输给第二变换模块50。
35.第二变换模块50，用于将瞬时有功电流的直流分量和瞬时无功电流的直流分量转换为三相瞬时电流的基波分量，并根据三相瞬时电流的基波分量输出三相瞬时电流的谐波分量。具体的，由于瞬时有功电流的直流分量是由电压和基波有功电流的相互作用所得的量，瞬时无功电流的直流分量是由电压和基波无功电流相互作用所得的量，因此，第二变换模块50通过其内部的电路结构和计算逻辑，可以将传输的三相瞬时电流的基波分量通过瞬时有功电流的直流分量和瞬时无功电流的直流分量计算出来。然后，再将电网中的三相电流减去对应的电流的基波分量得到三相瞬时电流的谐波分量i
ah
、i
bh
、i
ch
，从而第二变换模块50的三个输出端可分别输出对应的三相瞬时电流的谐波分量，用于进行电流补偿。
36.第一pi控制器40的输入端接收级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值与参考电压值的第一电压差值，第一pi控制器40的输出端与第一低通滤波器30的输出端相连，以将第一电压差值叠加至瞬时有功电流的直流分量。
37.在本实用新型实施例中，将三相桥apf的实际电容电压值与参考值的差值经过pi调节器后，把得到的
△
ip值叠加到第一低通滤波器lpf20的输出值上。具体实施时，如图1所示，将检测到的级联三相桥的apf直流侧电容电压vdc减去预设的参考电压值vdcref，得到第一电压差值，将第一电压差值输入第一pi控制器40的输入端。作为一种可能的实现方式，可以先通过减法器电路接收实际电容电压值与参考值，减法器电路的输出端与第一pi控制器40的输入端相连，将运算后得到第一电压差值传输至第一pi控制器。第一pi控制器的输出端连接在第一低通滤波器20与第二变换模块50之间，以将第一电压差值
△
ip值叠加到上。
38.在本实用新型一个实施例中，设置检测到的全部子模块的直流侧电容电压值的平均值的两倍为级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值，设置参考电压值是预设的定值电压的两倍，即级联三相桥型apf直流侧实际输出电压vdc＝2(vdc1+vdc2+vdc3)/3，参考电压取2vdcref，其中，其中vdc1为级联三相桥的子模块1直流侧的电容电压值，vdc2为子模块2直流侧的电容电压值，vdc3为子模块3直流侧的电容电压值，所以vdc表示的是三个子模块直流侧电容电压平均值的2倍。在本实施例中，由于级联三相桥变换器二级级联结构等效输出电压为每个子模块输出电压的2倍，因此将参考值和实际输出电压都取2倍，并将各子模块的电容电压值相加后除以3，以得到三个子模块直流侧电容电压的平均值。
39.由此，本实用新型实施例的均压控制电路，当apf直流侧电容电压的实际电压值小于给定值时，
△
ip中将含有正的有功分量，再叠加到上，因此第二变换模块最后输出的指令电流中也含有正的有功分量，这样对谐波进行补偿的同时又与电网发生有功功率交换，使实际值上升到给定值。而当实际电压值大于给定值时，最后的指令电流中将含有负的有功分量，与电网发生有功功率交换后，使实际电压值下降到给定值，从而可以使级联三相桥
型apf直流侧实际电压vdc保持稳定。
40.三个第二pi控制器60的输入端对应接收，所述级联三相桥的每个子模块的直流侧电容电压值与全部子模块的直流侧电容电压的平均值的第二电压差值，每个第二pi控制器60的输出端分别与第二变换模块的每个输出端对应连接。
41.在本实用新型实施例中，对于级联型apf，在保持vdc稳定的基础上，还需要保持各个子模块电容电压的均衡，子模块电压的不均衡会影响级联型apf的补偿效果。而在实际应用中，级联三相桥变换器每个子模块传输的瞬时有功功率的波动，会使级联三相桥apf直流侧电容电压产生波动，为此，本实用新型实施例的均压控制电路，增加一个电压环来均衡三个子模块间的功率，减小各子模块电容电压的波动。
42.继续参照图1所示的示例，vave为vdc1至vdc3三个子模块的电压的平均值，第一个第二pi控制器60的输入端接收子模块1直流侧的电容电压值vdc1与平均值vave的第二电压差值，输出端与第二变换模块50输出谐波分量i
ah
的输出端连接。第二个第二pi控制器60的输入端接收子模块2直流侧的电容电压值vdc2与平均值vave的第二电压差值，输出端与第二变换模块50输出谐波分量i
bh
的输出端连接。第三个第二pi控制器60的输入端接收子模块3直流侧的电容电压值vdc3与平均值vave的第二电压差值，输出端与第二变换模块50输出谐波分量i
ch
的输出端连接。第二pi控制器60接收第二电压差值的具体方式可参照第一pi控制器40，此处不再赘述。
43.在本实用新型一个实施例中，均压控制电路还包括三个单位正弦波发生器，其中，每个单位正弦波发生器与对应的第二pi控制器的输出端连接，以将每个第二pi控制器输出的第二电压差值乘以对应的单位正弦波后叠加至对应的谐波分量作为指令电流。以a相为例，将a相单位正弦波先叠加至第一个第二pi控制器60输出的vdc1与vave的差值上，描述具相的单位正弦波后，再输入至第二变换模块50输出谐波分量i
ah
的输出端上，与i
ah
叠加后作为指令电流其他两项的处理方式相同，此处不再赘述。
44.进一步的，在本实施例中，该均压控制电路还包括一个控制器70(图中未示出)，该控制器70与第二变换模块的输出端以及各个子模块连接，用于获取指令电流，并与级联三相桥的apf输出的补偿电流进行比较，再根据比较结果调整第二电压差值大于零的子模块的电容电压，直至该第二电压差值等于零。
45.由此，本实用新型实施例的均压控制电路，将叠加了各个子模块的第二电压差值的谐波电流作为指令电流，与补偿电流比较,实现交流侧电流控制。当各个子模块的电容电压vdc1至vdc3中存在任意一个与vave不相等时都会产生差值，这个差值经过pi调节器后将在最后的指令电流中反应出来，经过不断的调节直至差值为零，从而实现了各个模块电容电压的均衡控制。
46.综上所述，本实用新型实施例的级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路，当级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值小于给定值时，最后输出的电流含有正的有功分量，与电网发生有功功率交换后，使实际值上升到给定值，而当实际电压值大于给定值时，最后输出的电流含有负的有功分量，可以使实际值下降到给定值，从而可以保持级联三相桥的apf直流侧电容电压的实际电压值稳定在给定值附近。并且，还通过增加一个电压环的来均衡级联三相桥的三个子模块间的功率，来减小三个子模块的电容电压的波动，从而可以实现各个子模块电容电压保持均衡。由此，该均压控制电路在使apf直流侧电容电压
保持稳定的基础上，还可以均衡三相桥每个子模块的电容电压，避免了电压波动对级联三相桥的apf的影响，保证了对谐波电流的补偿效果，有利于光伏电网的正常发电运行。
47.为了更加清楚的说明本实用新型的均压控制电路对电流进行转化，以及生成和叠加相应的电流的具体实现过程，本实用新型还提出了一种具体的级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路，图2为该具体的级联三相桥的apf直流侧电压的均压控制电路的结构示意图。
48.如图2所示，在图1的均压控制电路的基础上，还通过连接导线，将第一变换模块10的每个输入端与第二变换模块50的每个输出端的第一位置对应连接，将三相瞬时电流减去对应的基波分量后得到三相瞬时电流的谐波分量。作为一种可能的实现方式，可以通过减法器电路连接第一变换模块10的三个输入端与对应的第二变换模块50的输出端，以将三相电流与其基波分量相减。
49.继续参考图2所示的电路，每个第二pi控制器60的输出端分别与第二变换模块50的每个输出端的第二位置对应连接，其中，第二位置在第一位置之后，从而实现先将三相电流与其对应的基波分量相减，得到谐波分量后，再叠加第二电压差值作为指令电流。
50.在本实用新型一个实施例中，第二变换模块与第一变换模块中的矩阵电路互逆。具体的，如图2所示，第一变换模块10包括：第一变换矩阵电路11，用于将接收到的三相瞬时电流转换为两项电流；第二变换矩阵电路12，用于将两项电流转换为瞬时有功电流和所述瞬时无功电流。第二变换模块50包括：第三变换矩阵电路51，用于将瞬时有功电流的直流分量和瞬时无功电流的直流分量转换为两项电流；第四变换矩阵电路52，用于根据瞬时有功电流的直流分量和瞬时无功电流的直流分量计算三相瞬时电流的基波分量，并将两项电流转换为三相瞬时电流的基波分量。
51.在本实施例中，c
3s/2s
为三相坐标系到α、β坐标系的变换矩阵，c
pq
为将两项电流i
α
和i
β
换算成瞬时有功电流和瞬时无功电流的变换矩阵，c
2s/3s
和分别为c
3s/2s
、c
pq
的逆矩阵。由图2所限定的电路结构和各单元的功能可知，α、β坐标系下的电流通过矩阵c
pq
后，得到了瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，这两个功率分别由直流分量及交流分量p'、q'组成，p、q经过低通滤波器后得到各自的直流分量再由第三变换矩阵电路51转换为两项电流的形式后，由第四变换矩阵电路52，通过计算出被检测电流中的基波分量i
af
、i
bf
、i
cf
，用于后续的谐波补偿。
52.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
53.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。