CN110112938A - 一种单相级联h桥多电平变流器实时计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单相级联H桥多电平变流器实时计算方法，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对电压电流进行采样，形成采样模式1，在各个三角载波的交点处进行电压电流的采样，形成采样模式2，通过调制波大小切换两种采样模式以实现程序实时计算。本发明的算法可消除控制延时，提高了级联H桥多电平变流器的动态特性；且该策略可有效提高变流器的输出阻抗，提升系统稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及单相PWM变流器控制系统技术领域，具体为一种单相级联H桥多电平变流器实时计算方法。
背景技术
单相脉冲整流器广泛用于铁路系统，不间断电源，光伏逆变系统，交流微网系统等，其控制性能，尤其是稳定性受到了工业界和学术界的广泛关注。
单相级联H桥型变换器由于其耐压等级高，谐波特性好，被广泛用于高压大功率变流系统。其控制器通常采用数字控制芯片，状态变量通常采用规则采样进行采集，电压电流的采样点分布在某个模块调制用的三角载波的顶点或者底点处，并在下一个电压电流采样点处对调制波进行更新。因此传统采样方法会引入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动态性能。为降低变流器的损耗，开关频率不宜过高，因此采样周期会随功率等级的提高而增加。多电平变流器运行于大功率场合时会引起较大的控制延时，恶化控制性能。
为降低系统的控制延时，相关学者提出采用多采样的方法对电压电流进行采样，但其仍然后存在控制延时，降低系统的控制性能。
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消除控制延时，提高系统的动态性能，并能提高系统的输出阻抗的单相级联H桥多电平变流器实时计算方法。技术方案如下：
一种单相级联H桥多电平变流器实时计算方法，包含以下步骤：
步骤1：进行载波移相脉冲宽度调制：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，扇区的宽度值h为：
其中，模块总数为N，相邻模块的三角载波移相角α为：
步骤2：采用采样模式1行采样：在所有不同模块的三角载波的顶点和底点处对电压电流进行采样，形成第一组采样序列；该采样序列下调制波的幅值范围为：
其中，
Tsw为开关周期，Tcp为程序计算时间长度；m表示不大于模块数的整数；hcp表示计算时间对应的三角载波高度；
步骤3：采用采样模式2进行采样：在所有不同模块的三角载波交点处对电压电流进行采样，形成第二组采样序列；该采样序列下调制波的幅值范围为：
其中，
步骤4：进行采样序列切换：当调制波电压幅值在下个周期内的计算值超过采样模式1的运行范围，下一个采样点设置为采样模式2对应的采样序列；当调制波电压幅值在下个周期内的计算值超过采样模式2的运行范围，下个一个采样点设置为采样模式1对应的采样序列；采用滞环比较器实现采样模式切换，滞环比较器系数am,bm,cm，dm分别表示为：
其中，am表示模式1切换到模式2的滞环比较器下边界；bm表示模式2切换到模式1的滞环比较器上边界；cm表示模式2切换到模式1的滞环比较器下边界；dm表示模式1切换到模式2的滞环比较器上边界。
进一步的，所述生成驱动脉冲具体方法为：通过微控制器生成各子模块的三角载波并计算调制波，当调制波幅值大于a相三角载波时，输出高电平状态，当调制波幅值小于a相三角载波时，输出低电平状态；当调制波幅值小于b相三角载波时，输出高电平状态，当调制波幅值大于b相三角载波时，输出低电平状态。
本发明的有益效果是：本发明的算法可消除控制延时，提高了级联H桥多电平变流器的动态特性；且该策略可有效提高变流器的输出阻抗，提升系统稳定性。
附图说明
图1为载波移相脉冲宽度调制及采样模式1。
图2为载波移相脉冲宽度调制及采样模式2。
图3为采样模式切换原理图。
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)状态变量采样模式1：在各个H桥子模块的三角载波顶点和底点处进行采样，形成采样序列1。
(3)状态变量采样模式2：在各个H桥子模块三角载波的交点处对电压电流进行采样，形成采样序列2。
(4)驱动脉冲的生成：当a相调制波幅值大于三角载波时，输出高电平状态，当a相调制波幅值小于三角载波时，输出低电平状态；当b相调制波幅值小于三角载波时，输出高电平状态，当b相调制波幅值大于三角载波时，输出低电平状态。
在载波移相调制策略下，结合所提的实时计算方法，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：载波移相脉冲宽度调制：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，其过程如附件图1所示，每个桥臂使用一个三角载波，相邻模块间的三角载波相移角由式(2)示出。
其中，Tsa为采样周期，Tcp为程序计算周期，vxy代表第x模块的第y桥臂的桥臂输出电压，Cxy代表第x模块的第y桥臂调制用的三角载波，h为一个扇区的宽度，其值为
其中模块总数为N，相邻模块的三角载波移相角为
步骤2：采样模式1：在所有不同模块的三角载波的顶点和底点处对电压电流进行采样，形成第一组采样序列，其过程如附件图1所示，控制变量的采样点分布在各个模块三角载波的顶点和低点处。
步骤3：采样模式2：在所有不同模块的三角载波交点处对电压电流进行采样，形成第二组采样序列，其过程由附件图2示出，控制变量的采样点分布在各个模块三角载波的交点处。
步骤4：采样序列切换：当调制波电压在下个周期内的计算值超过采样模式1的运行范围，下个一个采样点应设置为采样模式2对应的采样序列；当调制波电压在下个周期内的计算值超过采样模式2的运行范围，下个一个采样点应设置为采样模式1对应的采样序列。以此种方式实现采样序列的在线切换，其切换原理图由附件图3所示：采样序列随着调制波所在范围的不同而发生切换，以实现采样模式1和采样模式2的交替运行，实现程序的实时计算。
采用滞环比较器实现采样模式切换，其中滞环比较器系数am,bm,cm分别表示为
其中：am表示模式1切换到模式2的滞环比较器下边界；bm表示模式2切换到模式1的滞环比较器上边界；cm表示模式2切换到模式1的滞环比较器下边界；dm表示模式1切换到模式2的滞环比较器上边界。Tsa为采样周期，Tcp为程序计算周期。
Claims (2)
1.一种单相级联H桥多电平变流器实时计算方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：进行载波移相脉冲宽度调制：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，扇区的宽度值h为：
其中，模块总数为N，相邻模块的三角载波移相角α为：
步骤2：采用采样模式1行采样：在所有不同模块的三角载波的顶点和底点处对电压电流进行采样，形成第一组采样序列；该采样序列下调制波的幅值范围为：
其中，
Tsw为开关周期，Tcp为程序计算时间长度；m表示不大于N的整数；hcp表示计算时间对应的三角载波高度；
步骤3：采用采样模式2进行采样：在所有不同模块的三角载波交点处对电压电流进行采样，形成第二组采样序列；该采样序列下调制波的幅值范围为：
其中，
步骤4：进行采样序列切换：当调制波电压幅值在下个周期内的计算值超过采样模式1的运行范围，下一个采样点设置为采样模式2对应的采样序列；当调制波电压幅值在下个周期内的计算值超过采样模式2的运行范围，下个一个采样点设置为采样模式1对应的采样序列；采用滞环比较器实现采样模式切换，滞环比较器系数am,bm,cm，dm分别表示为：
其中，am表示模式1切换到模式2的滞环比较器下边界；bm表示模式2切换到模式1的滞环比较器上边界；cm表示模式2切换到模式1的滞环比较器下边界；dm表示模式1切换到模式2的滞环比较器上边界。
2.根据权利要求1所述的单相级联H桥多电平变流器实时计算方法，其特征在于，所述生成驱动脉冲具体方法为：通过微控制器生成各子模块的三角载波并计算调制波，当调制波幅值大于a相三角载波时，输出高电平状态，当调制波幅值小于a相三角载波时，输出低电平状态；当调制波幅值小于b相三角载波时，输出高电平状态，当调制波幅值大于b相三角载波时，输出低电平状态。
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