CN110365231B - 单相器件复用式有源功率解耦级联整流器及其控制方法 - Google Patents

单相器件复用式有源功率解耦级联整流器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单相器件复用式有源功率解耦级联整流器及其控制方法，包括：n个器件复用式有源功率解耦H桥单元级联连接，n≥2；每一个器件复用式有源功率解耦H桥单元包括：并联连接的桥臂H1、桥臂H2、两个电容串联构成的解耦电容支路和电阻负载；在解耦电容支路的中点与桥臂H2的中点之间串联解耦电感；第一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H1依次串联电感Ls、电阻Rs和电源Us后，与最后一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H2连接。本发明有益效果：通过H桥整流单元的功率开关模块复用，既实现H桥整流单元单位功率因数整流，又能够给二次纹波功率提供回路，实现二次纹波功率解耦控制。

Description

单相器件复用式有源功率解耦级联整流器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子牵引变压器技术领域，尤其涉及一种单相器件复用式有源功率解耦级联整流器及其控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
电力电子牵引变压器(PETT，Power Electronic Traction Transformer)，利用电力电子变换技术将工频交流变压器转换为中高频变压器，实现电气隔离和电压等级变换，与工频变压器相比，具有体积小、重量轻、功率密度高等优点。其拓扑结构主要分为两大类：AC-AC直接变换型拓扑和AC-DC-AC型拓扑。AC-AC型拓扑具有效率偏低，可控性差，电能质量低，控制策略相对复杂等缺点，AC-DC-AC型拓扑中直流环节的引入提高了系统的效率，易于模块化，使控制更有效。
常规开关功率模块耐压等级低，单个功率模块无法承受电力机车27.5kVac电压，通常采用H桥单元级联方式满足系统耐压需求，因此在PETT高压输入整流级单相H桥级联整流器备受青睐。然而单相高功率因数整流器的固有特性之一就是直流母线存在二倍于网侧电压频率的功率脉动，从而导致二次纹波电压波动范围大，严重影响变换器传输功率和功率模块耐压安全。为了抑制二次纹波电压，通常在直流母线直接并联一个电容值很大的电容或者并联一支LC谐振器，若并联电解电容，其耐压低、使用寿命短；薄膜电容损耗小但体积大成本较高。若并联LC谐振器，由于工作在2倍工频谐振状态，频率低、质量和体积大，且对参数和频率敏感，不利于系统可靠稳定运行。这两种方法都限制了车载电力电子变压器功率密度的提升。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种单相器件复用式有源功率解耦H桥级联整流器其控制方法，在保证有效抑制二次纹波电压脉动的基础上，兼顾系统功率密度的提升，采用在单相H桥级联整流器中加入有源功率解耦支路，通过有源功率开关器件复用方式构造新的二次纹波功率回路，无需增加额外的功率开关器件，将纹波功率转移到能量存储单元里，有效减小直流侧母线电压支撑电容的容量。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
多模块单相器件复用式有源功率解耦级联整流器，包括：n个器件复用式有源功率解耦H桥单元级联连接，n≥2；每一个器件复用式有源功率解耦H桥单元包括：并联连接的桥臂H1、桥臂H2、两个电容串联构成的解耦电容支路和电阻负载；在解耦电容支路的中点与桥臂H2的中点之间串联解耦电感；第一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H1依次串联电感Ls、电阻Rs和电源Us后，与最后一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H2连接。
进一步地，多模块单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制方法，包括：
通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压相加作为系统总电压；
根据各级联H桥单元的瞬时电压PVi与虚拟平均电压的偏差，生成各级联H桥单元直流母线电压偏差调制信号因子；
根据系统总电压生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过PR控制器生成第一调制信号；
根据各级联H桥单元的瞬时功率Pn生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与解耦电感电流的参考值做差，经过PR控制器生成各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号；
各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号与载波信号比较后，生成各级联H桥单元解耦和整流作用的桥臂H2开关管的驱动信号；
各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号分别与第一调制信号叠加后，与各自的直流母线电压偏差调制信号因子叠加，生成各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号；
各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号经过载波移相调制技术，生成各级联H桥单元整流作用的桥臂H1开关管的驱动信号。
进一步地，多模块单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制系统，其特征在于，包括：
第二直流母线电压控制模块，被配置为通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压相加作为系统总电压；
电压均衡控制模块，被配置为根据各级联H桥单元的瞬时电压PVi与平均电压的偏差，生成各级联H桥单元直流母线电压偏差调制信号因子；
第二单位功率因数整流模块，被配置为根据系统总电压生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过PR控制器生成第一调制信号；
第二有源功率解耦控制模块，被配置为根据各级联H桥单元的瞬时功率Pn生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与解耦电感电流的参考值做差，经过PR控制器生成各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号；
整流桥臂调制信号生成模块，被配置为各级联H桥单元臂H2的调制波信号分别与第一调制信号叠加后，与各自的直流母线电压偏差调制信号因子叠加，生成各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号；
整流桥臂驱动信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号经过载波移相调制技术生成各级联H桥单元桥臂H1的驱动信号；
解耦桥臂驱动信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号与载波信号比较后生成各级联H桥单元桥臂H2的驱动信号。
进一步地，一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的控制方法。
进一步地，一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的控制方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
单相器件复用式有源功率解耦级联整流器,包括：联连接的桥臂H1、桥臂H2、两个电容串联构成的解耦电容支路和电阻负载；在解耦电容支路的中点与桥臂H2的中点之间串联解耦电感；桥臂H1的中点依次串联电感Ls、电阻Rs和电源Us后与桥臂H2的中点连接。
进一步地，单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制方法，包括：
通过直流母线电压的闭环控制，生成电路工作中系统电压P；
根据系统电压P分别生成网侧电流参考值和解耦电感电流的参考值；
网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过比例谐振(PR)控制器生成第一调制波；
解耦电感电流与其参考值比较，经过比例谐振控制器生成第二调制波；
第一调制波与第二调制波叠加后与载波比较，生成驱动整流作用的桥臂H1开关管的第一驱动信号；
第二调制波与载波比较后，生成驱动解耦和整流作用的桥臂H2开关管的第二驱动信号。
进一步地，单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制系统，包括：
第一直流母线电压控制模块，被配置为通过直流母线电压的闭环控制，生成电路工作中系统电压P；
第一单位功率因数整流控制模块，被配置为根据系统电压P生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值比较，经过PR控制器生成第一调制波；
第一有源功率解耦控制模块，被配置为根据系统电压P生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与其参考值比较，经过PR控制器生成第二调制波；
第一驱动信号生成模块，被配置为第一调制波与第二调制波叠加后与载波比较，生成驱动整流作用的桥臂H1开关管的第一驱动信号；第二调制波与载波比较后，生成驱动解耦和整流作用的桥臂H2开关管的第二驱动信号。
进一步地，一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的控制方法。
进一步地，一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
器件复用式有源功率解耦，通过H桥整流单元的功率开关模块复用，既实现H桥整流单元单位功率因数整流，又能够给二次纹波功率提供回路，实现二次纹波功率解耦控制。
通过仿真验证可以看出，在直流侧均压和器件复用式有源功率解耦综合控制策略作用下，负载不平衡启动和系统运行过程中负载突变条件下，系统仍能实现直流侧电压均衡和二次纹波功率抑制，验证了所提控制策略的有效性。
附图说明
图1为实施例一中多模块单相器件复用式有源功率解耦H桥级联整流器拓扑示意图；
图2为实施例一中多模块单相器件复用式有源功率解耦H桥级联整流器控制策略示意图；
图3(a)为实施例一中单模块单相器件复用式有源功率解耦H桥整流器拓扑示意图；
图3(b)为图3(a)的等效电路；
图4为实施例一中有源功率解耦控制策略示意图；
图5为实施例一中单模块单相器件复用式有源功率解耦H桥级联整流器控制策略示意图；
图6为实施例二中两模块单相器件复用式有源功率解耦H桥级联整流器拓扑示意图；
图7为实施例二中两模块单相器件复用式有源功率解耦H桥级联整流器控制策略示意图；
图8(a)为实施例二中两模块级联时直流侧输出电压波形；
图8(b)为实施例二中0.9～1.0s时间段内的两模块直流侧电压波形；
图9(a)为实施例二中网侧电压电流波形；
图9(b)为实施例二中输入侧电压波形；
图10为实施例二中网测电流、解耦电感电流波形；
图11为实施例二中解耦电容电压波形；
图12为实施例二中直流母线电压波形；
图13(a)-(d)为仿真各阶段调节稳定后两模块直流输出电压波形。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种多模块器件复用式有源功率解耦的单相H桥级联整流器,其拓扑如图1所示，包括：n个器件复用式有源功率解耦H桥单元(Bridge1、Bridge2……Bridge n)级联构成，各单元直流侧电容Cu1、Cl1……Cu-n、Cl-n分别为Bridge1、Bridge-n的解耦电容，ucu1、ucl1……ucu-n、ucl-n为解耦电容电压；Lr1……Lrn为解耦电感，iLr1……iLr-n为流过解耦电感Lr1…...Lr-n的电流；R1……Rn为直流侧电阻负载，udc1……udc-n为直流侧输出电压。
器件复用式有源功率解耦H桥单元的拓扑结构具体为：并联连接的桥臂H1、桥臂H2、两个电容串联构成的解耦电容支路和电阻负载；在解耦电容支路的中点与桥臂H2的中点之间串联解耦电感。
第一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H1依次串联电感Ls、电阻Rs和电源Us后，与最后一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H2连接。
为实现各个级联单元在负载R1≠R2≠……≠Rn情况下级联单元的电容电压平衡，抑制级联单元直流母线二次纹波电压脉动，同时保证单相级联整流器运行在单位功率因数，提出了一种多闭环多目标单相级联H桥整流器电压均衡和器件复用式有源功率解耦综合控制策略，其控制目标包括三个：第一，网侧电流控制，实现单位功率因数整流功能；第二，直流侧各级联单元电压均衡控制，保证系统在参数不一致或负载突变时单元直流母线电压平衡，系统稳定运行；第三，实现有源功能解耦控制，抑制直流侧电压波动，在相同电压纹波前提下，单元直流母线并联电容数量减少6倍及以上，提高功率密度。控制系统如图2所示，共分为六个模块：直流母线电压控制模块、电压均衡控制模块、单位功率因数整流模块、有源功率解耦控制模块(解耦桥臂调制信号生成)、整流桥臂调制信号生成模块和功率开关管驱动信号生成模块，功率开关管驱动信号生成模块包括：整流桥臂驱动信号生成模块和解耦桥臂驱动信号生成模块。
其中，
直流母线电压控制模块，被配置为通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压相加作为系统总电压；
电压均衡控制模块，被配置为根据各级联H桥单元的瞬时电压PVi与虚拟平均电压的偏差，生成各级联H桥单元直流母线电压偏差调制信号因子；Pvi为电压控制器输出的瞬时电压。
单位功率因数整流模块，被配置为根据系统总电压生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过PR控制器生成第一调制信号；
有源功率解耦控制模块，被配置为根据各级联H桥单元的瞬时功率Pn生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与解耦电感电流的参考值做差，经过PR控制器生成各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号；Pn为有源解耦环节的瞬时功率。
整流桥臂调制信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号分别与第一调制信号叠加后，与各自的直流母线电压偏差调制信号因子叠加，生成各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号；
整流桥臂驱动信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号经过载波移相调制技术生成各级联H桥单元桥臂H1的驱动信号；
解耦桥臂驱动信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号与载波信号比较后生成各级联H桥单元桥臂H2的驱动信号。
控制系统工作原理为：直流母线电压控制模块通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压PVi(i＝1,2,……n)相加作为系统总电压Pt；直流侧电压均衡控制模块是根据级联单元的瞬时电压PVi与虚拟平均电压Pav(Pav＝Pt/n)的偏差生成各自的直流母线电压偏差调制信号因子Δmsi；单位功率因数整流通过PR控制器改变调制度msav控制网侧电感电流跟踪电流参考值i*s；有源功率解耦控制模块是根据实时功率外环生成解耦电感电路参考值i*Lr1和i*Lr2，控制解耦电感Lr1、Lr2的电流跟随给定值，通过PR调节器生成解耦桥臂的调制波信号；
整流桥臂的调制波信号生成模块是将单位功率因数整流模块生成的调制波信号msav上叠加有源解耦控制调节器的输出信号，两单元生成的调制信号msav1、msav2、……msavn，进而叠加电压均衡模块产生的偏差调制信号Δms1、Δms2，最终生成整流桥臂的调制信号ms1、ms2；
驱动信号生成模块包括两部分——整流桥臂驱动信号和解耦桥臂驱动信号，整流桥臂采用载波移相调制算法，Bridge n的三角载波相对于Bridge1滞后180°/n，和调制波比较后生成各单元整流桥臂的驱动信号；在单位功率因数整流工况下，解耦电容交流电压分量和网侧电源电压相位角θ是确定的，单元间解耦控制不受单位功率因数整流影响，且单元之间的功率解耦控制也无耦合，单元间的解耦电感电流环输出的调制信号直接和载波比较生成解耦桥臂驱动信号。
单模块单元器件复用式有源功率解耦拓扑如图3(a)所示，其等效电路如图3(b)所示，根据基尔霍夫定律，可得：
Figure BDA0002157592270000071
可见，电容分离型解耦拓扑中，解耦单元和整流单元同样共用桥臂H2，解耦电感电流iLr只由桥臂H2控制，解耦电感Lr和解耦电容Cu＝Cl＝C与网侧电压源相对独立，对模块化级联无影响。
设系统工作在50Hz工频条件下，考虑到电感Ls的电感值较小，忽略其损耗，并令解耦电容Cu＝Cl＝C，则输入功率中二次纹波功率由式(1)所示。
Figure BDA0002157592270000072
为实现有源功率解耦，使解耦电容的平均电压为Udc/2，然后叠加上相位互差180°的基波交流分量，则解耦电容Cu、Cl的电压ucu、ucl可由式(2)、(3)所示。
Figure BDA0002157592270000073
Figure BDA0002157592270000074
式中，Uc为解耦电容交流分量电压峰值，θ为解耦电容电压交流分量与网侧电压之间的相位角。
则流过电容电流icu、icl由式(4)、(5)所示。
Figure BDA0002157592270000075
Figure BDA0002157592270000076
解耦电容产生的功率pc为：
Pc＝ucuicu+uclicl＝ωUc 2sin(2ωt+2θ) (6)
若要实现功率解耦，则解耦电容功率pc等于二次纹波功率pr，则由式(6)和式(1)可得：
Figure BDA0002157592270000081
Figure BDA0002157592270000082
为确定相位角θ，接下来从拓扑桥臂H2功率开关器件的电流应力角度分析，解耦电感电流iLr可由下式得到：
iLr＝icl-icu＝-2ωUc cos(ωt+θ) (9)
则桥臂H2功率开关管电流为iH2可表示为：
iH2＝is+iLr (10)
则桥臂H2功率开关管电流有效值IH2可表示为：
Figure BDA0002157592270000083
由式(11)可知，θ＝-π/4时，流经桥臂H2开关管电流有效值较小，从减小功率器件电流应力的角度讲，取θ＝-π/4。
将θ＝-π/4、式(8)代入式(9)可得：
Figure BDA0002157592270000084
则将解耦电感电流控制到如式(12)的形式，可实现有源功率解耦控制，从功率的角度分析，式(12)可以变换为如下形式：
Figure BDA0002157592270000085
式中，P为(UsIs)/2，为整流器实际工作时系统瞬时电压幅值。藉此，提出了一种基于闭环电压控制和公式计算相结合的有源功率解耦控制策略，如图4所示。由直流母线电压闭环控制输出代表系统瞬时电压P，再利用式(13)即可得到解耦电感电流参考值，然后和电路实际测得的解耦电感电流做差，经过PR控制器生成调制波，跟载波比较后生成解耦桥臂的驱动信号。
单模块有源功率解耦系统的控制目标有两个，一是实现网侧电感电流控制，即实现单位功率因数整流；另一方面要实现有源功率解耦控制。单模块H桥器件复用式有源功率解耦整流器控制框图如图5所示，总共分为四个控制模块：直流母线电压控制模块、单位功率因数整流控制模块、有源功率解耦控制模块和驱动信号生成模块。
只需控制拓扑中H2桥臂开关管通断即可控制解耦电感电流，实现有源功率解耦。另外，有源功率解耦控制对电路的影响会耦合到单位功率因数整流控制中，所以整流桥臂的调制波需要叠加有源功率解耦控制模块生成的调制波。在此拓扑中，每个调制波仅控制一个桥臂，所以调制方式采用单极性调制即可。
实施例二
本实施例中，选取n＝2，即2个器件复用式有源功率解耦H桥单元级联的单相器件复用式有源功率解耦整流器，研究其控制策略，并在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型并验证所提控制策略的正确性和有效性。
图6为两模块级联单相CHBR器件复用式有源功率拓扑，整个系统由2个单相H桥整流器器件复用式有源功率解耦单元级联构成，各单元直流侧电容Cu1、Cl1、Cu2、Cl2分别为Bridge1、Bridge2的解耦电容，ucu1、ucl2、ucu2、ucl2为解耦电容电压；Lr1、Lr2为解耦电感，iLr1、iLr2为流过解耦电感Lr1、Lr2的电流；R1、R2为直流侧电阻负载，udc1、udc2为直流侧输出电压。
单相CHBR器件复用式有源功率解耦系统控制目标有三个：第一，网侧电流控制，实现单位功率因数整流功能；第二，直流侧各级联单元电压均衡控制，保证系统在参数不一致或负载突变时系统稳定运行，同时也是有源功率解耦控制功能实现的前提；第三，实现有源功能解耦控制，抑制直流侧电压波动。
单相CHBR器件复用式有源功率解耦控制策略如图7所示，控制系统共分为六个模块：直流母线电压控制模块、电压均衡模块、单位功率因数整流模块、有源功率解耦控制模块(解耦桥臂调制信号生成)、整流桥臂调制信号生成模块和功率开关管驱动信号生成模块。
其中，直流母线电压控制模块通过直流侧电压闭环控制生成系统总电压，为电压均衡、单位功率因数整流；直流侧电压均衡控制基于两级联单元的虚拟瞬时电压与系统平均电压的偏差生成各自的偏差调制信号因子；单位功率因数整流通过PR控制器控制网侧电感电流跟踪电流参考值i*s；有源功率解耦控制模块功率外环生成解耦电感电路参考值i*Lr1和i*Lr2，控制解耦电感Lr1、Lr2的电流跟随给定值，生成解耦桥臂的调制波信号；整流桥臂的调制波信号应在单位功率因数整流模块生成的调制波信号msav上叠加有源解耦控制模块对其产生的影响,产生两单元的调制信号msav1、msav2，而且在两单元参数不一致的情况下，需要再次叠加电压均衡模块产生的偏差调制信号Δms1、Δms2，最终生成整流桥臂的调制信号ms1、ms2；驱动信号生成模块包括两部分——整流桥臂驱动信号和解耦桥臂驱动信号，整流桥臂采用载波移相调制算法，Bridge2的三角载波相对于Bridge1滞后90°，和调制波比较后生成各单元整流桥臂的驱动信号；在单位功率因数整流工况下，解耦电容交流电压分量和网侧电源电压相位角θ是确定的，两单元解耦控制不受单位功率因数整流影响，且两单元之间的功率解耦控制也无耦合，两单元解耦电感电流环输出的调制信号直接和载波比较生成解耦桥臂驱动信号。
单相CHBR系统器件复用式有源功率解耦仿真分析
为验证所提单相CHBR系统控制策略的有效性，在Matlab/Simulink中搭建n＝2时，即级联单元数量为2时，单相CHBR器件复用式有源功率解耦仿真模型，对所提电压均衡和器件复用式有源功率解耦综合控制策略进行仿真验证，仿真参数如表1所示。
表1单相CHBR系统仿真参数
Figure BDA0002157592270000101
负载不均衡启动器件复用式有源功率解耦仿真分析
仿真过程如下，系统启动时，设置直流侧电阻负载R1＝180Ω、R2＝140Ω，系统不平衡启动，图8(a)为两模块直流侧输出电压波形，图8(b)为0.9～1.0s时间段内的两模块直流侧电压，达到解耦效果；图9(a)为网侧电压电流波形，从图中可以看出，系统运行在单位功率因数整流状态，图9(b)为输入侧电压Uab波形，呈现五阶梯波状态。
在Simulink中搭建仿真模型时，网侧电压给定量为us＝Uscosωt，依据单模块分析过程，选取θ为-3/4π，即解耦电感电流相位滞后于网侧电流相位3/4π。图10为网测电流、解耦电感电流波形，可以看出解耦电感电流iLr滞后于网侧电流ig 3/4π，和理论分析一致。图11为解耦电容电压波形，为直流量400V叠加上相位互差180°的电压量。
负载突变条件下器件复用式有源功率解耦仿真分析
为验证系统在负载不均衡条件下控制策略的有效性，对负载不平衡启动和负载突变条件下的系统进行仿真分析。图12为仿真全过程两模块直流侧输出电压波形。图13(a)-(d)为仿真各阶段调节稳定后两模块直流输出电压波形图。仿真过程如下，系统启动时刻，直流侧电阻负载R1为200Ω、R2为120Ω，负载不均衡启动，0.25s时两模块直流侧电压均衡；0.4s时R1、R2均突变为160Ω，0.7s时两模块直流侧电压达到均衡；0.9s时R1突变为200Ω、R2突变为120Ω，0.95s时两模块电压均衡。
图13(a)-(d)为仿真各阶段调节稳定后两模块直流输出电压波形图。在Simulink中使用powergui中的FFT分析各个仿真阶段，两模块直流侧电压波动量。综合图12和图13(a)-(d)可以看出在直流侧均压和器件复用式有源功率解耦综合控制策略作用下，负载不平衡启动和系统运行过程中负载突变条件下，系统仍能实现直流侧电压均衡和二次纹波功率抑制，验证了所提控制策略的有效性。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的控制策略。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的控制策略可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.多模块单相器件复用式有源功率解耦级联整流器，其特征在于，包括：n个器件复用式有源功率解耦H桥单元级联连接，n≥2；每一个器件复用式有源功率解耦H桥单元包括：并联连接的桥臂H1、桥臂H2、两个电容串联构成的解耦电容支路和电阻负载；在解耦电容支路的中点与桥臂H2的中点之间串联解耦电感；第一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H1的中点依次串联电感Ls、电阻Rs和电源Us后，与最后一个器件复用式有源功率解耦H桥单元的桥臂H2的中点连接；
通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压相加作为系统总电压；
根据各级联H桥单元的瞬时电压PVi与虚拟平均电压的偏差，生成各级联H桥单元直流母线电压偏差调制信号因子；
根据系统总电压生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过PR控制器生成第一调制信号；
根据各级联H桥单元的瞬时功率Pn生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与解耦电感电流的参考值做差，经过PR控制器生成各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号；
各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号与载波信号比较后生成各级联H桥单元桥臂H2的驱动信号；
各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号分别与第一调制信号叠加后，与各自的直流母线电压偏差调制信号因子叠加，生成各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号；
各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号经过载波移相调制技术生成各级联H桥单元桥臂H1的驱动信号。
2.多模块单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制方法，其特征在于，包括：
通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压相加作为系统总电压；
根据各级联H桥单元的瞬时电压PVi与虚拟平均电压的偏差，生成各级联H桥单元直流母线电压偏差调制信号因子；
根据系统总电压生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过PR控制器生成第一调制信号；
根据各级联H桥单元的瞬时功率Pn生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与解耦电感电流的参考值做差，经过PR控制器生成各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号；
各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号与载波信号比较后生成各级联H桥单元桥臂H2的驱动信号；
各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号分别与第一调制信号叠加后，与各自的直流母线电压偏差调制信号因子叠加，生成各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号；
各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号经过载波移相调制技术生成各级联H桥单元桥臂H1的驱动信号。
3.多模块单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制系统，其特征在于，包括：
第二直流母线电压控制模块，被配置为通过直流侧电压闭环控制，将控制器输出的瞬时电压相加作为系统总电压；
电压均衡控制模块，被配置为根据各级联H桥单元的瞬时电压PVi与平均电压的偏差，生成各级联H桥单元直流母线电压偏差调制信号因子；
第二单位功率因数整流模块，被配置为根据系统总电压生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过PR控制器生成第一调制信号；
第二有源功率解耦控制模块，被配置为根据各级联H桥单元的瞬时功率Pn生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与解耦电感电流的参考值做差，经过PR控制器生成各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号；
整流桥臂调制信号生成模块，被配置为各级联H桥单元臂H2的调制波信号分别与第一调制信号叠加后，与各自的直流母线电压偏差调制信号因子叠加，生成各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号；
整流桥臂驱动信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H1的调制波信号经过载波移相调制技术生成各级联H桥单元桥臂H1的驱动信号；
解耦桥臂驱动信号生成模块，被配置为各级联H桥单元桥臂H2的调制波信号与载波信号比较后生成各级联H桥单元桥臂H2的驱动信号。
4.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求2所述的控制方法。
5.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求2所述的控制方法。
6.单相器件复用式有源功率解耦级联整流器,其特征在于，包括：并联连接的桥臂H1、桥臂H2、两个电容串联构成的解耦电容支路和电阻负载；在解耦电容支路的中点与桥臂H2的中点之间串联解耦电感；桥臂H1的中点依次串联电感Ls、电阻Rs和电源Us后与桥臂H2的中点连接；
通过直流母线电压的闭环控制，生成电路工作中系统电压P；
根据系统电压P分别生成网侧电流参考值和解耦电感电流的参考值；
网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过比例谐振(PR)控制器生成第一调制波；
解耦电感电流与其参考值比较，经过比例谐振控制器生成第二调制波；
第一调制波与第二调制波叠加后与载波比较，生成驱动整流作用的桥臂H1开关管的第一驱动信号；
第二调制波与载波比较后，生成驱动解耦和整流作用的桥臂H2开关管的第二驱动信号。
7.单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制方法，其特征在于，包括：
通过直流母线电压的闭环控制，生成电路工作中系统电压P；
根据系统电压P分别生成网侧电流参考值和解耦电感电流的参考值；
网侧电感电流与网侧电流参考值做差，经过比例谐振(PR)控制器生成第一调制波；
解耦电感电流与其参考值比较，经过比例谐振控制器生成第二调制波；
第一调制波与第二调制波叠加后与载波比较，生成驱动整流作用的桥臂H1开关管的第一驱动信号；
第二调制波与载波比较后，生成驱动解耦和整流作用的桥臂H2开关管的第二驱动信号。
8.单相器件复用式有源功率解耦级联整流器的控制系统，其特征在于，包括：
第一直流母线电压控制模块，被配置为通过直流母线电压的闭环控制，生成电路工作中系统电压P；
第一单位功率因数整流控制模块，被配置为根据系统电压P生成网侧电流参考值，网侧电感电流与网侧电流参考值比较，经过PR控制器生成第一调制波；
第一有源功率解耦控制模块，被配置为根据系统电压P生成解耦电感电流的参考值，解耦电感电流与其参考值比较，经过PR控制器生成第二调制波；
第一驱动信号生成模块，被配置为第一调制波与第二调制波叠加后与载波比较，生成驱动整流作用的桥臂H1开关管的第一驱动信号；第二调制波与载波比较后，生成驱动解耦和整流作用的桥臂H2开关管的第二驱动信号。
9.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求7所述的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求7所述的控制方法。
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