CN109818512A - 一种单相级联h桥多电平变流器多采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单相级联H桥多电平变流器多采样方法，在载波移相脉冲宽度调制策略的基础上，所提算法在所有三角载波的顶点和底点，以及各个三角载波的交点处进行电压电流的采样，可在保证脉冲宽度调制过程中伏秒平衡的前提下，实现采样周期的最小化；该算法有效的提高了系统的采样率，降低了系统控制延时，提高了级联H桥多电平变流器的动态特性；且本发明方法灵活度高，可与各种线性控制策略结合实现变流器控制器性能的提升。
Description
技术领域
本发明涉及单相脉冲整流器控制系统技术领域，具体为一种单相级联H桥多电平变流器多采样方法。
背景技术
单相脉冲整流器具有能量可双向流动，网侧电压、电流保持单位功率因数，直流侧电压恒定等优点，故而被广泛应用于大功率铁路牵引传动系统、UPS电源等。目前，单相整流器控制算法主要包括间接电流控制，滞环电流控制，瞬态电流控制及dq轴电流解耦控制。
通常，单相脉冲整流器的控制系统采用数字控制器作为核心，受控变量通常需要离散化采样，传统的方法有对称规则采样和非对称规则采样，此种传统方法通常与脉冲宽度调制(PWM)策略相结合，在三角载波的顶点和低点处对控制变量进行采样，进而计算调制波电压，在下一个采样点处进行调制波的更新，因此电压电流的采样点和占空比的更新点之间存在一个采样周期的控制延时，该延时会降低系统的相位裕量和带宽。
对于级联H桥型多电平变流器，通常采用载波移相调制生成开关驱动脉冲，电压电流的采样点将会分布在三角载波的顶点或者底点，由于级联H桥变流器的三角载波周期通常较大，因此，采用此种采样方法，会造成较大的控制延时，影响控制器的动态性能。
针对传统载波移相调制策略中采样方法的缺点，有学者提出级联H桥多电平变流器多采样算法，该算法在所有模块的三角载波顶点和底点处对电压电流进行采样，有效的降低了采样周期，减小和控制延时，提高系统的动态性能。虽然该算法能一定程度的提高系统的控制性能，但其并未实现采样间隔的最小化。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可有效降低控制延时，提高系统的动态性能，并能实现在保证脉冲宽度调制伏秒平衡同时，最小化采样间隔。技术方案如下：
步骤1：在单相H桥级联变流器中，通过载波移相脉冲宽度调制策略生成驱动脉冲；设级联H桥模块总数为N，则相邻模块的三角载波移相角为：
步骤2：增加采样点数量：采样点包括三角载波的顶点和底点处，以及不同模块三角载波的交点处；
步骤3：更新调制波电压：在所有模块中的桥臂三角载波顶点和底点以及相邻模块桥臂三角载波的交点位置，计算调制波电压；在下一个采样点处用计算所得的调制波电压进行更新，其中，电压电流采样间隔为：
其中，Tsw为三角载波的周期。
进一步的，所述生成驱动脉冲的具体方法为：通过微控制器生成各H桥子模块的三角载波，当调制波幅值大于三角载波幅值时，输出高电平状态，当调制波幅值小于三角载波幅值时，输出低电平状态。
本发明的有益效果是：本发明通过分析级联H桥多电平变流器的载波移相调制机理，提出了适合级联H桥多电平变流器的多采样算法，可有效降低控制延时，提高系统的动态性能，并能实现保证脉冲宽度调制伏秒平衡同时，最小化采样间隔。
附图说明
图1为载波移相脉冲宽度调制及采样策略；(a)调制过程；(b)脉冲生成。
图2为所提基于载波移相调制的多采样策略。
图3为采样与占空比更新时序。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和技术效果做进一步详细说。
图1示出了载波移相脉冲宽度调制及采样策略，对于级联H桥多电平变流器调制与采样系统，其主要包括生成各子模块的三角载波，状态变量采样，调制波计算和更新，以及驱动脉冲的生成四个过程：
(1)生成各H桥子模块的三角载波：通过微控制器生成三角载波，其周期为开关管的开关周期，幅值为±1。
(2)状态变量采样：在各个H桥子模块的三角载波顶点和底点以及各个三角载波的交点处对电压电流进行采样，进而进行调制波的计算。
(3)调制波计算和更新：在三角载波的顶点和底点处进行调制波的更新，将上一采样点处到当前采样点之间所计算的调制波在当前采样点处进行更新。
(4)驱动脉冲的生成：当调制波幅值大于三角载波时，输出高电平状态，当调制波幅值小于三角载波时，输出低电平状态。
在载波移相调制策略下，结合所提的采样方法，完成单相脉冲整流器的状态变量的采集和控制算法的运行，具体包含以下步骤：
步骤1：在单相H桥级联变流器中，通过载波移相脉冲宽度调制策略生成驱动脉冲，其过程如图1所示，其中传统电压电流的采样点分布在三角载波的顶点和底点处。Tsw为三角载波的周期，Tsa为采样周期，iave表示电流的平均值，i代表电流实际值，模块n代表级联H桥的第n个模块，vxy代表第x模块的第y桥臂的调制波电压，C1和C2代表三角载波。设模块总数为N，则相邻模块的三角载波移相角为
步骤2：将采样点数量增加：采样点不仅分布在三角载波的顶点和底点处，也分布在不同模块三角载波的交点处，其过程如图2所示。
步骤3：调制波电压更新，在三角载波的顶点与底点以及不同模块三角载波的交点位置，调制波进行更新，如图2所示中调制波v*所示。在采样点后的一个采样周期将更新调制波，其过程如图3所示。
其中，采用所提算法进行电压电流采样时，采样间隔为：
Claims (2)
1.一种单相级联H桥多电平变流器多采样方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：在单相H桥级联变流器中，通过载波移相脉冲宽度调制策略生成驱动脉冲；
设级联H桥模块总数为N，则相邻模块的三角载波移相角为：
步骤2：增加采样点数量：采样点包括三角载波的顶点和底点处，以及不同模块三角载波的交点处；
步骤3：更新调制波电压：在所有模块中的桥臂三角载波顶点和底点以及相邻模块桥臂三角载波的交点位置，计算调制波电压；在下一个采样点处用计算所得的调制波电压进行更新，其中，电压电流采样间隔为：
其中，Tsw为三角载波的周期。
2.根据权利要求1所述的单相级联H桥多电平变流器多采样方法，其特征在于，所述生成驱动脉冲的具体方法为：通过微控制器生成各H桥子模块的三角载波，当调制波幅值大于三角载波幅值时，输出高电平状态，当调制波幅值小于三角载波幅值时，输出低电平状态。
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| US11799393B2 (en) | 2021-08-26 | 2023-10-24 | Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. | Dispersed carrier phase-shifting method and system |
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2019
- 2019-03-08 CN CN201910175556.7A patent/CN109818512B/zh active Active
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