CN107546990A - 级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，采用离散控制方式，控制算法仅仅在三角波的谷底和顶点进行，但并不是每个顶点和底点都需要进行控制算法计算。发明提出一种改进的排序法，设定了一种切换时序。基本机理是任意电平的切换必须首先切换到PWM状态，再切换到另一个电平，并且规定了电平从大到小切换和从小到大切换的时刻，可以完全避免开关次数的增加。

Description

级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法。
背景技术
随着电力电子技术在电力系统中应用增多，电力电子变换器需要承受越来越高的电压。当变换器需要承受的电压值超过了单个功率器件耐压值时，就需要采用器件串联或者电路串联的形式。其中级联多电平变换器（CHB）具有模块化结构、易于扩展、不需要器件直接串联、多电平工作等优点，在静止无功补偿(STATCOM)，电力电子变压器等电力系统装置中得到了广泛的研究和应用。
由于模块在不同的状态下输入功率不同，因此可以通过改变状态分配方式实现各模块间的功率平衡。典型的功率平衡方法是排序法，首先对各模块的直流电压按照幅值排序，再将分解获得的状态按照输入模块功率大小排序，然后根据电压幅值最大输入功率最小、幅值最小输入功率最大的原则确定每个模块的输出电平。
排序法的平衡效果良好，但是在电平切换的时候会引入额外开关次数，增加开关损耗，因此文献还提出一种改进的方法，允许直流电压存在一定波动的排序法，可以降低增加的开关损耗，但是引入了直流纹波，也不能完全避免额外开关损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作性能优异的级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法。
本发明的技术解决方案是：
一种级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：采用离散控制方式，控制算法仅仅在三角波的谷底和顶点进行，但并不是每个顶点和底点都需要进行控制算法计算；
定义三角波谷底时候，处于PWM状态的模块输出电平为H，在三角波顶点时候，处于PWM状态的模块输出电平为L；
对于CHB型变流器，通过常规的功率、电流控制和PD_PWM调制，可以获得待分配的n个状态Uc1，…，Ucn；
根据三角波载波的相位判断当前时刻，决定采用何种分配方式：若处于三角波谷底为B时刻，采用“状态分配方式1”，若处于三角波顶点为T时刻，采用“状态分配方式2”；
“状态分配方式1”在B时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和H电平状态，剩下的模块输出状态保持不变。得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’；
“状态分配方式2”在T时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和L电平状态，剩下的模块输出状态保持不变；得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’。
发明提出一种改进的排序法，设定了一种切换时序。基本机理是任意电平的切换必须首先切换到PWM状态，再切换到另一个电平，并且规定了电平从大到小切换和从小到大切换的时刻，可以完全避免开关次数的增加。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的步骤框图。
图2是本发明PWM调制方式示意图。
图3是本发明与传统方法对比示意图。
具体实施方式
一种级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，采用离散控制方式，控制算法仅仅在三角波的谷底和顶点进行，但并不是每个顶点和底点都需要进行控制算法计算；
定义三角波谷底时候，处于PWM状态的模块输出电平为H，在三角波顶点时候，处于PWM状态的模块输出电平为L；
对于CHB型变流器，通过常规的功率、电流控制和PD_PWM调制，可以获得待分配的n个状态Uc1，…，Ucn；
根据三角波载波的相位判断当前时刻，决定采用何种分配方式：若处于三角波谷底为B时刻，采用“状态分配方式1”，若处于三角波顶点为T时刻，采用“状态分配方式2”；
“状态分配方式1”在B时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和H电平状态，剩下的模块输出状态保持不变。得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’；
“状态分配方式2”在T时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和L电平状态，剩下的模块输出状态保持不变；得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’。
举例说明具体的实现方式，如图2和图3。
在0.008s时刻，Um在电平1和2之间，因此三个待分配状态分别为0，1，PWM，假设输入电流Ii>0，对这三种状态的输入功率排序，P(1)> P(PWM)>P(0)。假设模块的上次状态，Uc1’=1，Uc2’=PWM，Uc3’=0。此时对直流电压排序，假设是Uo1>Uo2>Uo3。
t=0.008s处于三角波底谷，因此属于B时刻，采用“状态分配方式1”，此时处于PWM状态的模块输出电平1，因此选择上次状态为“1”和“PWM”的模块进行排序，因此排序完成之后的状态分配为Uc1’=PWM，Uc2’=1，Uc3’保持不变为0。
t=0.00825s，到三角波顶点，属于T时刻，采用“状态分配方式2”，此时处于PWM状态的模块输出电平0，因此选择上次状态为“0”和“PWM”的模块进行排序。若直流电压和输入电流保持不变，则排序完成之后的状态分配为Uc3’=PWM，Uc1’=0，Uc2’保持不变为1。
t=0.0085s，相同原理，排序完成之后的状态为Uc1’=0，Uc2’=PWM，Uc3’=1
利用三次PWM的比较，完成了传统排序法相同的状态切换，没有增加开关次数。与传统排序对比如图3，传统方法排序后在时刻8直接修改输出状态，可以立刻完成，但是增加切换的开关次数。

Claims (6)

1.一种级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：采用离散控制方式，控制算法仅仅在三角波的谷底和顶点进行，但并不是每个顶点和底点都需要进行控制算法计算；
定义三角波谷底时候，处于PWM状态的模块输出电平为H，在三角波顶点时候，处于PWM状态的模块输出电平为L；
对于CHB型变流器，通过常规的功率、电流控制和PD_PWM调制，可以获得待分配的n个状态Uc1，…，Ucn；
根据三角波载波的相位判断当前时刻，决定采用何种分配方式：若处于三角波谷底为B时刻，采用“状态分配方式1”，若处于三角波顶点为T时刻，采用“状态分配方式2”；
“状态分配方式1”在B时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和H电平状态，剩下的模块输出状态保持不变；得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’；
“状态分配方式2”在T时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和L电平状态，剩下的模块输出状态保持不变；得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’。
2.根据权利要求1所述的级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：定义三角波谷底时候，处于PWM状态的模块输出电平为H，在三角波顶点时候，处于PWM状态的模块输出电平为L。
3.根据权利要求1所述的级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：对于CHB型变流器，通过常规的功率、电流控制和PD_PWM调制，可以获得待分配的n个状态Uc1，…，Ucn。
4.根据权利要求1所述的级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：根据三角波载波的相位判断当前时刻，决定采用何种分配方式：若处于三角波谷底为B时刻，采用“状态分配方式1”，若处于三角波顶点为T时刻，采用“状态分配方式2”。
5.根据权利要求1所述的级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：“状态分配方式1”在B时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和H电平状态，剩下的模块输出状态保持不变；得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’。
6.根据权利要求1所述的级联型多电平整流器直流侧电容电压平衡控制方法，其特征是：“状态分配方式2”在T时刻进行，通过“排序法”仅分配PWM状态和L电平状态，剩下的模块输出状态保持不变；得到具有平衡功能的状态Uc1’，…，Ucn’。
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