CN104638955B - 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器 - Google Patents

一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN104638955B
CN104638955B CN201510100418.4A CN201510100418A CN104638955B CN 104638955 B CN104638955 B CN 104638955B CN 201510100418 A CN201510100418 A CN 201510100418A CN 104638955 B CN104638955 B CN 104638955B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
carrier wave
controller
power model
shifting carrier
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.)
Active
Application number
CN201510100418.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104638955A (zh
Inventor
连建阳
方太勋
谢晔源
姜田贵
刘洪德
欧阳有鹏
段军
朱铭炼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NR Electric Co Ltd
NR Engineering Co Ltd
Original Assignee
NR Electric Co Ltd
NR Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NR Electric Co Ltd, NR Engineering Co Ltd filed Critical NR Electric Co Ltd
Priority to CN201510100418.4A priority Critical patent/CN104638955B/zh
Publication of CN104638955A publication Critical patent/CN104638955A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104638955B publication Critical patent/CN104638955B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/25—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于多绕组变压器的载波移相控制器包括：载波移相调制器(2)：N个功率模块(6)的载波Uci幅值相同，相位分别为0、Ts/M、Ts*2/M、…、Ts*(M‑1)/M。其中Ts为载波周期,移相系数M为小于等于N的任意整数。N个功率模块(6)的调制波Uri使用载波Uci进行SPWM调制，产生PWM脉冲。为解决载波移相导致的功率模块(6)不均流，引入了均流控制器(3)。本发明把系统的等效开关频率提高M倍(M为载波移相的模块数)有效降低开关频率，减小系统开关损耗，提高装置效率。同时采用一种简单的均流控制器(3)来抑制功率模块间的不均流。

Description

一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器
技术领域
本发明属于电力电子变流技术应用领域，特别涉及基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器。
背景技术
目前可关断功率开关器件的电压等级最大只有几千伏，采用换流器单元串连的方式，将显著减小换流器对开关器件的电压和电流承受能力的要求。将低电压的电压源型换流器单元直流端串连，实现高压直流输出，从而构造出适合直流输电应用的高压直流输电换流器；将低电压的电压源型换流器单元交流端连接到多绕组变压器，实现电磁隔离和能量输入。
开关频率为f的变流器采用载波移相调制技术，理论上其最低次开关纹波的频率为M*f，M为载波移相的模块数。一般把采用载波移相技术变流器的理论最低开关纹波频率称为等效开关频率。因此采用载波移相技术可以有效降低开关频率，减小系统开关损耗，提高装置效率。该技术在级联H桥拓扑和MMC拓扑得到了广泛的应用，这类拓扑的功率模块交流端串联，直流端采用独立电容。通过对多路的三角载波在时间轴方向水平移动一定的角对相对独立的控制信号，分别控制其对应的功率单元的开关器件的状态，然后各个功率单元的输出相互叠加来得到等效的N+I电平输出波形。
基于多绕组变压器的变流器功率模块的交流端通过多绕组变压器并联，直流侧串联。这类拓扑在应用载波移相技术时，会导致功率模块电流不均流，进而导致功率功率电容电压发散。如何有效的抑制功率模块间的不均流问题是载波移相技术应用于基于多绕组变压器的变流器需要解决的一个重点和难点。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器，不需要增加额外的传感器，就能解决由于载波移相调制策略导致功率模块的不均压和不均流问题。
为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器，包括：
其特征在于，包括:主控制器、均流控制器、载波移相调制器；
主控制器，用于根据控制指令Ord产生调制波Ur；
均流控制器：由比例控制模块、减法模块、比例积分控制器、乘法器串联组成，通过功率模块的电容电压对主控制器产生的调制波Ur进行修正，得到修正后的调制波Uri,具体计算公式为:
Uri＝(Udc/N-Udci)*G(s)*Ur；
其中Udc为多绕组变压器的变流器直流接口两端电压，N为功率模块的数量，Udci为功率模块电容两端电压，G(s)为比例积分控制器传递函数，Ur为主控制器根据控制指令Ord产生的调制波指令；
载波移相调制器：N个功率模块的载波Uci幅值相同，相位分别为0、Ts/M、Ts*2/M、…、Ts*(M-1)/M；其中Ts为载波周期,移相系数M为小于等于N的任意整数；N个功率模块的调制波Uri使用载波Uci进行SPWM调制，产生PWM脉冲。
上述方案中，计算所述载波移相调制器的移相系数M，其最优值公式如下：
M＝N/K
其中N为功率模块的数量，K为可被N整除的整数。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：
1)基于多绕组变压器的换流器，功率模块(6)交流端等效为并联结构，载波移相调制导致各个功率的功率器件开关不一致，导致各个模块不均流。功率模块(6)的直流端串联，直流电流相同，交流电压相同，交流电流不均流，必然导致直流电压不均衡，进而导致系统的发散。本发明所述控制器，仅需对直流电压进行控制就可以实现各个模块的均流，控制方法非常简单
2)基于多绕组变压器的高压大容量变流器，其功率模块的数量有几十个。如果采用每个模块移相Ts/N的方式，对控制器的对时精度和运算速度要求均较高。本发明所述的载波移相控制器每个模块移相Ts/M。当模块数较少时，取M与N相等；当模块数较多时，取M为N的二分之一、三分之一或更小。采用该控制器不会降低系统的性能，且可以降低对控制器对时精度和的运算速度要求，提高该控制器的应用范围。
3)本发明所述的载波移相控制器，通过载波移相调制器(2)，把系统的等效开关频率提高M倍(M为载波移相的模块数)，因此采用载波移相技术可以有效降低开关频率，减小系统开关损耗，提高装置效率。
附图说明
图1是本发明一种基于多绕组变压器载波移相控制器的基本原理框图。
图2是本发明所述的一种基于多绕组变压器的变流器。
图3是本发明种基于多绕组变压器载波移相控制器的一种具体实施方式。
图4是本发明一种基于多绕组变压器载波移相控制器的载波移相调制示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所示，一种应用于直流输电的基于多绕组变压器变流器，交流接口(4)与交流电网相连，直流接口(5)与直流电网相连，功率模块(6)与多绕组的副边绕组相连，功率模块采用单电感滤波器。
如图1所示，一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器，包括：主控制器、均流控制器、载波移相调制器。
主控制器，用于根据控制指令Ord产生调制波Ur；
均流控制器：由比例控制模块、减法模块、比例积分控制器、乘法器串联组成，通过功率模块的电容电压对主控制器产生的调制波Ur进行修正，得到修正后的调制波Uri,具体计算公式为:
Uri＝(Udc/N-Udci)*G(s)*Ur；
其中Udc为多绕组变压器的变流器直流接口两端电压，N为功率模块的数量，Udci为功率模块电容两端电压，G(s)为比例积分控制器传递函数，Ur为主控制器根据控制指令Ord产生的调制波指令；
载波移相调制器：N个功率模块的载波Uci幅值相同，相位分别为0、Ts/M、Ts*2/M、…、Ts*(M-1)/M；其中Ts为载波周期,移相系数M为小于等于N的任意整数；N个功率模块的调制波Uri使用载波Uci进行SPWM调制，产生PWM脉冲。所述载波移相调制器的移相系数M，其最优值公式如下：M＝N/K，其中N为功率模块的数量，K为可被N整除的整数。
图3是根据本发明一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器的一个具体实施方式。主控制器(1)根据给定的指令直流电压Udc_ref、有功电流指令ILd_ref、无功电流指令ILq_ref，采样电网电压Us1、网侧电流IL1、功率模块(6)电容电压Udci(i＝1,2)，通过锁相环PLL模块、abc/dq0变换模块、比例积分模块PI1、比例积分模块PI2、电流解耦控制前馈系数ωL、dq0/abc变换模块，产生调制波Ur。
均流控制器(3)：由比例控制模块、减法模块、PI控制器、乘法器串联组成，通过功率模块(6)的电容电压对主控制器(1)产生的调制波Ur进行修正，得到修正后的调制波Uri:Uri＝(Udc/2-Udci)*G(s)*Ur，Uri＝[Uri a,Uri b,Uri c]T；i＝1,2。其中Udc为基于多绕组变压器的变流器(7)直流接口(5)两端电压，功率模块(6)的数量为2，Udci为功率模块(6)电容两端电压，G(s)为PI控制器传递函数，Ur为主控制器(1)产生的调制波指令。
载波移相调制器(2)工作原理如图4：2个功率模块(6)的载波Uc1、Uc2幅值相同，相位分别为0、Ts/2，两个载波的相位差Ti为Ts/2,其中Ts为载波周期。当Uria>Uci,功率模块(6)A相上管开通，A相下管关闭；当Uria≤Uci,功率模块(6)A相上管关闭，A相下管开通；当Urib>Uci,功率模块(6)B相上管开通，B相下管关闭；当Urib≤Uci,功率模块(6)B相上管关闭，B相下管开通；当Uric>Uci,功率模块(6)C相上管开通，C相下管关闭；当Uric≤Uci,功率模块(6)C相上管关闭，C相下管开通。
1)基于多绕组变压器的换流器，功率模块(6)交流端等效为并联结构，载波移相调制导致各个功率的功率器件开关不一致，导致各个模块不均流。功率模块(6)的直流端串联，直流电流相同，交流电压相同，交流电流不均流，必然导致直流电压不均衡，进而导致系统的发散。本发明所述的一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器，采用均流控制器(3)对各个模块的电容电压进行控制，保证各个模块电容电压相同。根据功率守恒定律，k*Vsm*Ism＝Udcm*Idc，其中k为换算系统，对单相系统，k为1；对三相系统k为1.732，Vsm为功率模块交流电压，Ism为功率模块交流电流，Udcm为功率模块直流电压，Idcm为功率模块直流电流。功率模块的交流端通过多绕组变压器并联，因此各模块Usm相同；功率模块直流侧串联，因此各模块直流电流Idcm相同，保证直流电压Udcm相同，就可以保证各个功率模块均流。本发明所述控制器，仅需对直流电压进行控制就可以实现各个模块的均流，控制方法非常简单
2)基于多绕组变压器的高压大容量变流器，其功率模块的数量有几十个。如果采用每个模块移相Ts/N的方式，对控制器的对时精度和运算速度要求均较高。目前大功率多绕组移相变压器的铁芯均为硅钢片，因此变压器副边绕组较高频率的开关纹波传递到变压器原边绕组的分量也很小，因此也没有必要每个模块移相Ts/N。本发明所述的载波移相控制器每个模块移相Ts/M。当模块数较少时，取M与N相等；当模块数较多时，取M为N的二分之一、三分之一或更小。采用该控制器不会降低系统的性能，且可以降低对控制器对时精度和的运算速度要求，提高该控制器的应用范围。
3)本发明所述的载波移相控制器，通过载波移相调制器(2)，把系统的等效开关频率提高M倍(M为载波移相的模块数)，因此采用载波移相技术可以有效降低开关频率，减小系统开关损耗，提高装置效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所体检的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (2)

1.一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器，包括：
其特征在于，包括:主控制器、均流控制器、载波移相调制器；
主控制器，用于根据控制指令Ord产生调制波Ur；
均流控制器：由比例控制模块、减法模块、比例积分控制器、乘法器串联组成，通过功率模块的电容电压对主控制器产生的调制波Ur进行修正，得到修正后的调制波Uri，具体计算公式为:
Uri＝(Udc/N-Udci)*G(s)*Ur；
其中Udc为多绕组变压器的变流器直流接口两端电压，N为功率模块的数量，Udci为功率模块电容两端电压，G(s)为比例积分控制器传递函数，Ur为主控制器根据控制指令Ord产生的调制波指令；
所述功率模块与多绕组变压器的副边绕组相连，功率模块的输出端串联连接；
载波移相调制器：N个功率模块的载波Uci幅值相同，相位分别为0、Ts/M、Ts*2/M、…、Ts*(M-1)/M；其中Ts为载波周期,移相系数M为小于等于N的任意整数；N个功率模块的调制波Uri使用载波Uci进行SPWM调制，产生PWM脉冲。
2.如权利要求1所述的一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器，其特征在于，计算所述载波移相调制器的移相系数M，其最优值公式如下：
M＝N/K
其中N为功率模块的数量，K为可被N整除的整数。
CN201510100418.4A 2015-03-06 2015-03-06 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器 Active CN104638955B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510100418.4A CN104638955B (zh) 2015-03-06 2015-03-06 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510100418.4A CN104638955B (zh) 2015-03-06 2015-03-06 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104638955A CN104638955A (zh) 2015-05-20
CN104638955B true CN104638955B (zh) 2017-03-01

Family

ID=53217367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510100418.4A Active CN104638955B (zh) 2015-03-06 2015-03-06 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104638955B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3376657B1 (en) * 2015-11-11 2020-09-02 CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd. Multiplexed carrier phase shift method for converter

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953532B (zh) * 2017-04-24 2019-04-02 福州大学 一种hvdc和vfd系统中多脉冲ac/dc转换器的改进拓扑及其实现方法
CN109194173B (zh) * 2018-09-14 2019-11-15 四川大学 单相级联h桥多电平变流器的负载平衡范围优化方法
CN109687750B (zh) * 2018-12-29 2020-08-25 深圳市英威腾交通技术有限公司 一种辅助电源系统的控制方法、系统及设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4106089A (en) * 1976-09-10 1978-08-08 The Garrett Corporation Alternating current power dividing or combining system
CN100557935C (zh) * 2007-09-28 2009-11-04 清华大学 用于电气化铁路供电的单相统一电能质量控制器
CN102843044A (zh) * 2012-09-11 2012-12-26 北京铁道工程机电技术研究所有限公司 多轴错相控制装置
CN103023345B (zh) * 2012-10-24 2015-08-05 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种多电压等级输出变频电源及其控制方法
CN104037703A (zh) * 2014-06-23 2014-09-10 江苏有能新能源有限公司 一种基于全控整流单元的直流融冰兼svg装置
CN104078910A (zh) * 2014-07-11 2014-10-01 国家电网公司 一种基于移相变压器的不可控24脉波整流直流融冰装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3376657B1 (en) * 2015-11-11 2020-09-02 CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd. Multiplexed carrier phase shift method for converter

Also Published As

Publication number Publication date
CN104638955A (zh) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105553304B (zh) 一种模块化多电平型固态变压器及其内模控制方法
CN103973121B (zh) 单相电力电子变压器
CN103248234B (zh) 一种应用于电池储能的双向隔离全桥变流器的控制方法
CN107294392A (zh) 一种双向dcdc变换器
CN105322770B (zh) 直流微电网双向储能变换器的二次纹波电流抑制方法
CN104375039B (zh) 一种隔离型直流变压器测试系统
CN103066587B (zh) 一种模块化多电平柔性直流系统的优化配置方法
CN203827197U (zh) 一种模块化h桥级联型多电平互平衡电力电子变压器
CN104638955B (zh) 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器
CN103972922B (zh) 基于改进型准谐振控制加重复控制的光伏并网控制方法
CN106329979B (zh) 一种用于高速永磁电机系统的mmc双环流抑制方法
CN206041839U (zh) 一种紧凑型电动汽车充电模块
CN105162350A (zh) 一种高效率宽负载范围的三相微逆变器及其控制方法
CN105048821A (zh) 提高全桥隔离dc-dc变换器输出电压动态响应的负载电流前馈控制方法
CN103051236A (zh) 基于三相多分裂变压器的chb级联型光伏逆变电路
CN104993713A (zh) 一种双pwm固态变压器的控制方法
CN103595237A (zh) 一种模块化多电平换流器的子模块电容预充电方法
CN205389177U (zh) 一种新型的模块化多电平型固态变压器
CN207460027U (zh) 隔离型双向dc/ac电源
CN205490225U (zh) 一种高频斩波隔离型双向ac/dc电路
CN104539181A (zh) 基于llc谐振变换的微型光伏并网逆变器
TWM331246U (en) Equalization charging circuit
Wang et al. Research on loss reduction of dual active bridge converter over wide load range for solid state transformer application
CN203827195U (zh) 单相电力电子变压器
CN207053406U (zh) 一种串联式中高压电网的电力电子变压器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant