CN103997241A - 一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法 - Google Patents
一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103997241A CN103997241A CN201410251909.4A CN201410251909A CN103997241A CN 103997241 A CN103997241 A CN 103997241A CN 201410251909 A CN201410251909 A CN 201410251909A CN 103997241 A CN103997241 A CN 103997241A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bridge module
- module
- capacitance voltage
- bridge
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
本发明公开了一种基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,包括以下步骤:检测所有H桥模块直流侧电容电压,存入数组udc[N],利用排序算法对N个H桥模块电容电压从低到高排序,排序后与udc[N]对应模块的序号和当前周期的输出状态分别存入数组Nu[N]、M[N]中;选择满足输出增量要求的模块作为预测模块,根据电容电压状态方程,对下一控制周期电容电压进行预测,并建立指标函数,最终选择使电容电压平衡指标函数值最小的模块作为动作模块,在下一控制周期输出需要的电平。本发明能维持各模块直流侧电容电压的平衡,保证变换器正常稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法。
背景技术
基于级联H桥的多电平变换器由于其输出电平多,谐波特性好,不经过变压器直接接入中高压电网等优点,广泛应用于中高压驱动,交交变频,新能源接入,电池储能、无功补偿等领域;其H桥模块直流侧多为电容,维持各H桥模块直流侧电容电压平衡是控制的关键;目前基于H桥模块的多电平变换器的电容电压平衡控制多基于载波移相调制技术,在调制波中直接叠加一个用于调节模块直流侧电压的有功分量,但此方法的调节范围有限,且对控制参数要求高;基于电压排序的平衡控制方法多应用于半桥结构的多电平变换器,由于半桥结构的模块输出只有两个状态:{1,0},选择开关动作模块简单,但H桥结构的模块输出有三个状态:{1,0,-1};其状态选择较复杂,若只将其分成两个状态,按照排序法选择开关动作模块并没有考虑模块电容电压的变化趋势,其结果不一定是最优解。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,实现各H桥模块电容电压的平衡控制,维持变换器正常工作。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,包括以下步骤:
1)检测N个H桥模块直流侧电容电压的瞬时值,存入数组udc[N],N个H桥模块的序号和当前控制周期的输出状态分别存入数组Nu[N]、M[N];对udc[N]中的元素进行由小到大排序,使得同H桥模块的序号、输出状态、电容电压瞬时值依次对应;
2)采用闭环控制方法计算出下一控制周期多电平变换器输出状态需要的状态增量;
3)根据上述步骤2)得到的状态增量和多电平变换器并网电流极性选择满足输出增量要求的H桥模块作为预测模块;
4)建立电容电压平衡指标函数,根据电容电压状态方程预测下一周期各H桥模块电容电压值,并计算所述平衡指标函数;
5)选择使电容电压平衡指标函数值最小的H桥模块作为动作模块,在下一控制周期输出需要的电平。
所述步骤1)中,第i个H桥模块当前控制周期的输出状态Hi的计算公式如下:
Hi=M2i-1-M2i;
其中,M2i-1为第i个H桥模块左桥臂开关状态;M2i为第i个H桥模块右桥臂开关状态。
所述步骤2)中,下一控制周期多电平变换器输出状态需要的状态增量△Q计算公式如下:
其中,Q(k+1)为下一控制周期多电平变换器所需输出状态;Q(k)为当前控制周期多电平变换器输出状态。
所述步骤3)中,预测模块的选择过程如下:如果状态增量为1:若电流的方向是对H桥模块电容进行充电的方向,则选择电容电压值最低且输出状态分别为“-1”和“0”的H桥模块作为预测模块;若电流的方向是对H桥模块电容进行放电的方向,则选择电容电压值最高且输出状态分别为“-1”和“0”的H桥模块作为预测模块;如果状态增量为-1:若电流的方向是对H桥模块电容进行充电的方向,则选择电容电压值最高且输出状态分别为“1”和“0”的H桥模块作为预测模块;若电流的方向是对H桥模块电容进行放电的方向,则选择电容电压值最低且输出状态分别为“1”和“0”的H桥模块作为预测模块。
所述步骤4)中,电容电压平衡指标函数g的表达式为:
其中,Vdc为各H桥电容电压之和,vdci(k+1)为下一控制周期第i个H桥模块电容电压预测值。
所述步骤4)中,电容电压状态方程表达式如下:
其中,Ts为控制周期;C为H桥模块电容容值;is(k+1)为下一控制周期多电平变换器的并网电流瞬时值;vdci(k)为当前控制周期第i个H桥模块电容电压值。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:本发明大大减少了直接模型预测控制的计算量,避免了直接排序选择开关动作模块不一定是最优解的缺点,结合排序算法与模型预测实现对电容电压平衡的优化控制和开关优化分配,维持各模块直流侧电容电压的平衡,保证变换器正常稳定工作。
附图说明
图1为单相十三电平级联H桥SVG主电路示意图;
图2为电容电压均压方法控制结构图;
图3为状态增量ΔQ=1开关分配至动作模块流程图;
图4为状态增量ΔQ=-1开关分配至动作模块流程图。
具体实施方式
如图1所示,6个H桥模块经级联再通过连接电抗器L与电网相连,构成十三电平级联SVG主电路。各H桥模块直流侧为电容,直流侧并联不同的电阻用于模拟个H桥的不同损耗。调节各H桥模块输出电压可控制SVG的并网电流。
图2为电容电压均压方法控制结构图;
检测基于级联H桥的多电平变换器的N个H桥直流侧电容电压得到瞬时值,存入数组udc[N],N个H桥模型的序号和当前控制周期的输出状态分别存入数组Nu[N]、M[N]。采用排序算法对udc[N]进行由小到大排序,按udc[N]的排序交换方式同时也对Nu[N]、M[N]进行交换,使得同一H桥模块的序号、输出状态、电容电压值依次对应;根据状态增量和并网电流利用模型预测方法选择使模型预测指标函数值最小的模块最为开关动作模块。
图3为状态增量ΔQ=1开关动作模块选择流程图。
当ΔQ=1时,需要选择一个状态不为1的H桥投入,若is>0,由式(4)可知,输出状态为-1的H桥,若下一周期投入则其电压保持不变,不投入则电压持续下降;输出状态为0的H桥,若下一周期投入则其电压上升,不投入则电压保持不变;优先考虑电压低的H桥,依次从低到高对M[N]进行判定,求得处于“-1”和“0”状态且电容电压最低的两个模块序号分别为N1和N2;若is<0,对于输出状态为-1的H桥,若下一周期投入则其电压保持,不投入则电压持续上升;输出状态为0的H桥,若下一周期投入则其电压下降,不投入则电压保持。优先考虑电压高的H桥,依次从高到低对M[N]进行判定,求得处于“-1”和“0”状态且电容电压最高的两个模块序号分别记为N1和N2;根据式(3)和(4)分别求得N1投入时的指标函数和N2投入时的指标函数,最终选择使指标函数值最小的模块作为最终开关动作的模块。
图4为状态增量ΔQ=-1开关动作模块选择流程图。
当ΔQ=-1时,需要选择一个状态不为-1的H桥投入,若is>0,由式(4)可知,输出状态为1的H桥,若下一周期投入则其电压保持不变,不投入则电压持续上升;输出状态为0的H桥,若下一周期投入则其电压上升,不投入则电压保持不变;优先考虑电压高的H桥,依次从高到低对M[N]进行判定,求得处于“1”和“0”状态且电容电压最高的两个模块序号分别为N1和N2;若is<0,对于输出状态为1的H桥,若下一周期投入则其电压保持,不投入则电压持续下降;输出状态为0的H桥,若下一周期投入则其电压上升,不投入则电压保持。优先考虑电压低的H桥,依次从低到高对M[N]进行判定,求得处于“1”和“0”状态且电容电压最高的两个模块序号分别记为N1和N2;根据式(3)和(4)分别求得N1投入时的指标函数和N2投入时的指标函数,最终选择使指标函数值最小的模块作为最终开关动作的模块。
Claims (6)
1.一种基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)检测N个H桥模块直流侧电容电压的瞬时值,存入数组udc[N],N个H桥模块的序号和当前控制周期的输出状态分别存入数组Nu[N]、M[N];对udc[N]中的元素进行由小到大排序,使得同H桥模块的序号、输出状态、电容电压瞬时值依次对应;
2)采用闭环控制方法计算出下一控制周期多电平变换器输出状态需要的状态增量;
3)根据上述步骤2)得到的状态增量和多电平变换器并网电流极性选择满足输出增量要求的H桥模块作为预测模块;
4)建立电容电压平衡指标函数,根据电容电压状态方程预测下一周期各H桥模块电容电压值,并计算所述平衡指标函数;
5)选择使电容电压平衡指标函数值最小的H桥模块作为动作模块,在下一控制周期输出需要的电平。
2.根据权利要求1所述的基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,其特征在于,所述步骤1)中,第i个H桥模块当前控制周期的输出状态Hi的计算公式如下:
Hi=M2i-1-M2i;
其中,M2i-1为第i个H桥模块左桥臂开关状态;M2i为第i个H桥模块右桥臂开关状态。
3.根据权利要求2所述的基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,其特征在于,所述步骤2)中,下一控制周期多电平变换器输出状态需要的状态增量△Q计算公式如下:
其中,Q(k+1)为下一控制周期多电平变换器所需输出状态;Q(k)为当前控制周期多电平变换器输出状态。
4.根据权利要求3所述的基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,其特征在于,所述步骤3)中,预测模块的选择过程如下:如果状态增量为1:若电流的方向是对H桥模块电容进行充电的方向,则选择电容电压值最低且输出状态分别为“-1”和“0”的H桥模块作为预测模块;若电流的方向是对H桥模块电容进行放电的方向,则选择电容电压值最高且输出状态分别为“-1”和“0”的H桥模块作为预测模块;如果状态增量为-1:若电流的方向是对H桥模块电容进行充电的方向,则选择电容电压值最高且输出状态分别为“1”和“0”的H桥模块作为预测模块;若电流的方向是对H桥模块电容进行放电的方向,则选择电容电压值最低且输出状态分别为“1”和“0”的H桥模块作为预测模块。
5.根据权利要求4所述的基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,其特征在于,所述步骤4)中,电容电压平衡指标函数g的表达式为:
其中,Vdc为各H桥电容电压之和,vdci(k+1)为下一控制周期第i个H桥模块电容电压预测值。
6.根据权利要求5所述的基于H桥模块的多电平变换器电容电压均压方法,其特征在于,所述步骤4)中,电容电压状态方程表达式如下:
其中,Ts为控制周期;C为H桥模块电容容值;is(k+1)为下一控制周期多电平变换器的并网电流瞬时值;vdci(k)为当前控制周期第i个H桥模块电容电压值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410251909.4A CN103997241B (zh) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | 一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410251909.4A CN103997241B (zh) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | 一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103997241A true CN103997241A (zh) | 2014-08-20 |
CN103997241B CN103997241B (zh) | 2016-05-18 |
Family
ID=51311274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410251909.4A Active CN103997241B (zh) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | 一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103997241B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105391313A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-09 | 湖南大学 | 一种模块化多电平换流器的控制方法 |
CN107276107A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-10-20 | 上海电力学院 | 基于混合型模块化多电平换流器的低频模型预测控制方法 |
CN107546990A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-01-05 | 国网江苏省电力公司南通供电公司 | 级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法 |
CN107834884A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-03-23 | 上海交通大学 | 一种感应电能传输系统及其控制方法及控制系统 |
CN110729911B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-06-11 | 湖南大学 | 适用于多电平变换器的热应力平衡预测控制方法及系统 |
CN113937986A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-01-14 | 南昌工程学院 | 级联h桥功率模块直流电压的检测方法、装置及设备 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103606936A (zh) * | 2013-12-03 | 2014-02-26 | 哈尔滨工业大学 | 基于离散状态观测器与滑模观测器的h桥级联statcom无差拍控制方法 |
CN103683995A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-03-26 | 浙江大学 | 一种全桥mmc电容电压的均衡控制方法 |
-
2014
- 2014-06-09 CN CN201410251909.4A patent/CN103997241B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103683995A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-03-26 | 浙江大学 | 一种全桥mmc电容电压的均衡控制方法 |
CN103606936A (zh) * | 2013-12-03 | 2014-02-26 | 哈尔滨工业大学 | 基于离散状态观测器与滑模观测器的h桥级联statcom无差拍控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
熊桥坡等: "级联型SVG单载波调制策略研究", 《中国电机工程学报》, vol. 33, no. 24, 25 August 2013 (2013-08-25) * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105391313A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-09 | 湖南大学 | 一种模块化多电平换流器的控制方法 |
CN105391313B (zh) * | 2015-12-10 | 2017-10-17 | 湖南大学 | 一种模块化多电平换流器的控制方法 |
CN107276107A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-10-20 | 上海电力学院 | 基于混合型模块化多电平换流器的低频模型预测控制方法 |
CN107546990A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-01-05 | 国网江苏省电力公司南通供电公司 | 级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法 |
CN107834884A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-03-23 | 上海交通大学 | 一种感应电能传输系统及其控制方法及控制系统 |
CN110729911B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-06-11 | 湖南大学 | 适用于多电平变换器的热应力平衡预测控制方法及系统 |
CN113937986A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-01-14 | 南昌工程学院 | 级联h桥功率模块直流电压的检测方法、装置及设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103997241B (zh) | 2016-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103997241B (zh) | 一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法 | |
Zand et al. | Energy management strategy for solid‐state transformer‐based solar charging station for electric vehicles in smart grids | |
CN107769595B (zh) | 一种三电平pwm整流器模型预测控制方法 | |
CN102324582B (zh) | 一种多功能铅酸蓄电池智能维护装置及容量预测方法 | |
CN107147315B (zh) | 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法 | |
EP2978122A1 (en) | Model predictive control of a modular multilevel converter | |
CN103633870A (zh) | 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法 | |
CN103001519B (zh) | 模块化多电平变流器低频运行的控制方法 | |
CN104811069B (zh) | 一种模块化多电平逆变器的预测控制方法 | |
CN106230257A (zh) | 一种双向直流变换器反馈线性化反步滑模控制方法 | |
CN107276107A (zh) | 基于混合型模块化多电平换流器的低频模型预测控制方法 | |
Wang et al. | Hardware decoupling and autonomous control of series-resonance-based three-port converters in DC microgrids | |
Khan et al. | Artificial neural network-based voltage control of DC/DC converter for DC microgrid applications | |
CN106340892B (zh) | 用于平抑风电输出功率的储能系统的控制设备 | |
CN107342697B (zh) | 稳态负电平输出下混合型mmc子模块电容参数的获取方法 | |
CN109638931A (zh) | 多dc-dc并联的功率变换器系统模型预测控制方法及系统 | |
Afkar et al. | Commandable areas of a modular converter for DC voltage imbalance mitigation in fuel cell systems | |
Baccino et al. | Power and energy control strategies for a Vanadium Redox Flow Battery and wind farm combined system | |
Bi et al. | A model predictive controlled bidirectional four quadrant flying capacitor DC/DC converter applied in energy storage system | |
Barker et al. | Efficient ANFIS-driven power extraction and control strategies for PV-bess integrated electric vehicle charging station | |
Ahmed et al. | Supertwisting sliding mode controller for grid-to-vehicle and vehicle-to-grid battery electric vehicle charger | |
CN104269838B (zh) | 一种柔性直流输电系统的阀级控制方法 | |
CN108880309B (zh) | 一种i型三电平并网变流器瞬时电流直接跟踪控制方法 | |
Suthar et al. | Energy management platform for integrated battery‐based energy storage–solar PV system: a case study | |
Azmi et al. | Fuzzy logic control based maximum power point tracking technique in stand alone photovoltaic system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |