CN110224624A - 一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法，其特征是通过正电压和负电压之差输入比例环节得到均压控制指令；同时实时判断同步电压信号和该相电流指令的正负关系，同号为正，异号为负，得到均压控制指令的极性，为了保证极性的准确性增加死区处理；均压控制指令乘以极性得到最终的均压控制信号，然后再叠加到该相电流指令上，作为该相的控制电流指令；分别获得三相的最终电流指令，实现三电平能量回馈装置在整流、逆变、容性无功、感性无功和全功率因数范围运行工况下的中点平衡。

Description

一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种中点电位平衡控制技术，尤其涉及一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法。
背景技术
地铁作为城市轨道交通最主要的运输方式，具有站间距离较短，列车启动、停车频繁，运行速度变化快等特点。当列车在电制动时会将制动能量反馈到牵引电网，如果附近没有车辆吸收电能会造成直流牵引网压升高；当出现多车同时启动时又会造成直流牵引网压降低，这样会使牵引网压出现大幅度的波动，造成供电品质不高，对列车安全运行造成威胁。
近年来，为了吸收地铁再生制动产生的能量，人们将能量回馈装置应用到了地铁中，将列车制动能量回馈至交流电网再利用，很好的解决了制动能量抬升牵引网压的问题。随着行业的发展，地铁用户对能馈装置功能要求也越来越多，从最早单一的逆变功能，扩展到PWM整流功能，无功补偿功能，甚至多种功能组合同时运行等，这就要求能馈装置可以在全功率因数范围内稳定可靠地运行。
二极管钳位式三电平逆变器在地铁能馈装置中得到广泛的应用，相比两电平逆变器该逆变器输出电压具有更小的dv/dt和总谐波畸变率。然而该逆变器具有中点电位偏移的缺陷，针对该缺陷，学者们从这种逆变器的调制策略方面提出了很多控制方法，通过在逆变器内置软件算法实现中点电位平衡控制。然而在实际工程应用中发现，当逆变器输出较大的有功电流到电网时（功率因数较高），这些软件算法具有较好的平衡效果；当逆变器直流输入侧与直流牵引网始终相连，装置不进行有功回馈只进行无功补偿（功率因数较低，尤其接近0）时，这些算法中点平衡效果欠佳，甚至出现中点电位严重偏移的现象，导致设备无法正常运行。因此，如何使这种逆变器在与直流牵引网相连工况时全功率因数范围下都能保证中点电位平衡，成为三电平能馈装置有待解决的重要问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法，提供一种更加简单的中点电位平衡控制方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法，通过正电压和负电压之差输入比例环节得到均压控制指令；同时实时判断同步电压信号和该相电流指令的正负关系，同号为正，异号为负，得到均压控制指令的极性，为了保证极性的准确性增加死区处理；均压控制指令乘以极性得到最终的均压控制信号，然后再叠加到该相电流指令上，作为该相的控制电流指令，再通过电流PI调节器得到调制信号，控制IGBT的导通和关断，实现电流的跟踪控制，进而实现三电平能量回馈装置在整流、逆变、容性无功、感性无功和全功率因数范围运行工况下的中点平衡。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：分别获得三相的控制电流指令，实现三电平能量回馈装置在整流、逆变、容性无功、感性无功和全功率因数范围运行工况下的中点平衡。
附图说明
以下结合附图对本发明做进一步详细描述。
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是极性判断的结构示意图；
附图中：Ux：x相同步电压采样信号，
Ix_ref：x相原始电流指令信号，
Ix_ctl_sign：x相均压控制指令极性，
deltU：死区电压界限值，
deltI：死区电流界限值。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图1、附图2及具体实施例对本发明作进一步的说明。
如附图1和附图2所示，一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法，包括以下步骤：
（1）、直流电压检测，检测三电平能馈装置的直流正母线对中点电压和直流负母线对中点电压，二者作差得到直流电压偏差信号Udiff；
（2）、比例运算，将直流电压偏差信号Udiff乘以比例系数得到均压控制指令Ictl_value；
（3）、极性判断，Ux是x相的同步电压采样信号，通过PT或同步信号变压器采集，Ix_ref是x相的原始电流指令信号，通过调节器获得，根据二者的正负关系，得到均压控制指令的极性Ix_ctl_sign，同号得正即Ix_ctl_sign=1，异号得负即Ix_ctl_sign=-1；
（4）、根据步骤（3）获得的均压控制指令的极性Ix_ctl_sign,为了防止Ux和Ix_ref过零点处由于采样或运算延时造成的误差，增加死区处理，即在死区电压界限值deltU和死区电流界限值deltI的范围内，强制Ix_ctl_sign=0，deltU和deltI取决于采样精度，一般分别设置为三电平能量回馈装置交流额定电压和额定电流值的3%；
（5）、指令输出，将均压控制指令Ictl_value与极性Ix_ctl_sign相乘，得到均压控制信号Ix_ctl，与x相原始电流指令信号Ix_ref叠加作为x相控制电流指令信号Ix_ref*；
（6）、再通过电流PI调节器得到调制信号，控制IGBT的导通和关断，实现电流的跟踪控制，进而实现三电平能量回馈装置在整流、逆变、容性无功、感性无功和全功率因数范围运行工况下的中点平衡。
上述x相指的是A、B、C相。Ux（x=A、B、C）为x相并网点的电网电压信号，一般通过PT或同步信号变压器将一次信号转换为弱电压信号，进入控制系统采样得到。三电平能馈装置控制系统一般采用电压外环、电流内环双闭环控制，直流电压给定与直流电压反馈作差后输入PI调节器，调节器的输出即为电流指令的幅值Iref，再与电网角度的余弦（cosθ）相乘得到原始电流指令信号，三相电流指令互差120°，即I（A）_ref=Iref×cosθ，I（B）_ref=Iref× cos(θ-120°)，I（C）_ref=Iref×cos(θ+120°)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：分别获得三相的最终电流指令，实现三电平能量回馈装置在整流、逆变、容性无功、感性无功和全功率因数范围运行工况下的中点平衡。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法，其特征是包括以下步骤：
直流电压检测，检测三电平能馈装置的直流正母线对中点电压和直流负母线对中点电压，二者作差得到直流电压偏差信号Udiff；
比例运算，将直流电压偏差信号Udiff乘以比例系数得到均压控制指令Ictl_value；
极性判断，Ux是x相的同步电压采样信号，通过PT或同步信号变压器采集，Ix_ref是x相的原始电流指令信号，通过调节器获得，根据二者的正负关系，得到均压控制指令的极性Ix_ctl_sign，同号得正即Ix_ctl_sign=1，异号得负即Ix_ctl_sign=-1；
指令输出，将均压控制指令Ictl_value与极性Ix_ctl_sign相乘，得到均压控制信号Ix_ctl，与x相原始电流指令信号Ix_ref叠加作为x相控制电流指令信号Ix_ref*；
再通过电流PI调节器得到调制信号，控制IGBT的导通和关断，实现电流的跟踪控制，进而实现三电平能量回馈装置在整流、逆变、容性无功、感性无功和全功率因数范围运行工况下的中点平衡。
2.根据权利要求1所述的中点电位平衡控制方法，其特征是根据步骤3）获得的均压控制指令的极性Ix_ctl_sign,为了防止Ux和Ix_ref过零点处由于采样或运算延时造成的误差，增加死区处理，即在死区电压界限值deltU和死区电流界限值deltI的范围内，强制Ix_ctl_sign=0，deltU和deltI取决于采样精度，一般分别设置为三电平能量回馈装置交流额定电压和额定电流值的3%。
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