CN111245200B - 一种级联h桥多电平换流器的控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种级联H桥多电平换流器的控制方法和系统，所述方法包括：根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比；根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器，本发明提供的技术方案，利用占空比生成控制级联H桥多电平换流器的PWM脉冲信号，该方法调制过程简单，输出直流偏置较小、模块化程度高且低频谐波较少。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，具体涉及一种级联H桥多电平换流器的控制方法和系统。
背景技术
级联H桥多电平变换器已广泛应用于中压变频器、静止同步补偿器(STATCOM)、新能源并网逆变器(UPFC)、统一潮流控制器等电力电子装置。
目前，级联H桥多电平变换器的常规控制方法主要有多电平谐波消除SHEPWM、载波水平移相CPSPWM和空间矢量SVPWM等方法。其中，多电平谐波消除SHEPWM的控制原理是电路的每相使用一个正弦调制波和几个三角载波进行比较，这种控制方法存在低频谐波含量丰富的缺点；载波水平移相CPSPWM的控制原理是每个模块的信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，但是在控制过程中需要在控制算法上设计三角载波进行PWM比较计算，实现较为复杂；空间矢量SVPWM的控制原理为使用空间矢量的方法进行调制，但是调制过程复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是利用占空比生成控制级联H桥多电平换流器的PWM脉冲信号，该方法调制过程简单，输出直流偏置较小、模块化程度高且低频谐波较少。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种级联H桥多电平换流器的控制方法，其改进之处在于，包括：
根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比；
根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器。
优选的，所述根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比，包括：
按下式确定占空比u(t)：
其中，Kp为PI控制器的比例系数，e(k)为被控母线电压的目标值和实际值的差值，T为采样周期，Ti为积分时间，n为控母线电压的目标值和实际值的差值的采样次数。
优选的，所述根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器，包括：
将标准方波作为H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；
利用所述占空比右移所述标准方波；
将右移后的波形作为H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器。
进一步的，所述利用所述占空比右移所述标准方波，包括：
按下式确定所述标准方波的右移相位差α：
上式中，u(t)为占空比，T′为标准方波的周期；
利用所述标准方波的右移相位差α对所述标准方波进行右移。
进一步的，所述标准方波为在一个周期内，高电平和低电平分别持续占比为50％的波形。
一种级联H桥多电平换流器的控制系统，其改进之处在于，包括：
确定单元，用于根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比；
控制单元，用于根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器。
优选的，所述确定单元，用于：
按下式确定占空比u(t)：
其中，Kp为PI控制器的比例系数，e(k)为被控母线电压的目标值和实际值的差值，T为采样周期，Ti为积分时间，n为控母线电压的目标值和实际值的差值的采样次数。
优选的，所述控制单元，包括：
第一控制模块，用于将标准方波作为H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；
调制模块，用于利用所述占空比右移所述标准方波；
第二控制模块，用于将右移后的波形作为H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器。
进一步的，所述调制模块，用于：
按下式确定所述标准方波的右移相位差α：
上式中，u(t)为占空比，T′为标准方波的周期；
利用所述标准方波的右移相位差α对所述标准方波进行右移。
进一步的，所述标准方波为在一个周期内，高电平和低电平分别持续占比为50％的波形。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比；根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器。基于本发明提供的技术方案，利用占空比生成控制级联H桥多电平换流器的PWM脉冲信号，该方法大大简化了控制过程，使调制过程简单化，提高了程序模块化程度，使模块复用简单，增减模块过程程序改动较少；本发明提供的控制方法，使H桥多电平换流器开断的时间均为50％，相比传统的控制方法，输出直流偏置较小且低频谐波较少。
附图说明
图1是本发明提供的一种级联H桥多电平换流器的控制方法流程图
图2是本发明实施例提供的级联H桥多电平换流器的主线路图；
图3是本发明实施例提供的H桥多电平换流器的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的占空比为0时，PWM脉冲信号的波形图；
图5是本发明实施例提供的占空比为50％时，PWM脉冲信号的波形图；
图6是本发明实施例提供的占空比为100％，PWM脉冲信号的波形图；
图7是本发明提供的一种级联H桥多电平换流器的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种级联H桥多电平换流器的控制方法，如图1所示，包括：
101.根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比；
102.根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器。
例如，如图2所示，为本实施例提供的级联H桥多电平换流器的主线路图，为保证线路的正常的运行，主线路图包括20个级联的H桥多电平换流器，18个级联的H桥多电平换流器正常运行，2个级联的H桥多电平换流器处于冗余备用状态，当正常运行的换流器发生故障时，备用换流器会取代故障换流器进行输出。低压侧直流经过H桥多电平换流器稳压，再由四绕组变压器升压，最后由整流装置整流为直流。
如图3所示，为H桥多电平换流器的结构示意图，其中，g1和g3为互斥关系，g2和g4为互斥关系，当g1和g3同相位时，输出电压占空比为0，为图4所示；当g3滞后g1管90°时，输出电压占空比为50％，如图5所示；当g3滞后g1管180°时，输出电压占空比为100％，为正负方波，如图6所示。
所述根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比，包括：
按下式确定占空比u(t)：
其中，Kp为PI控制器的比例系数，e(k)为被控母线电压的目标值和实际值的差值，T为采样周期，Ti为积分时间，n为控母线电压的目标值和实际值的差值的采样次数。
所述根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器，包括：
将标准方波作为H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；
利用所述占空比右移所述标准方波；
将右移后的波形作为H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器。
所述利用所述占空比右移所述标准方波，包括：
按下式确定所述标准方波的右移相位差α：
上式中，u(t)为占空比，T′为标准方波的周期；
利用所述标准方波的右移相位差α对所述标准方波进行右移。
例如：所述占空比由主控调节板的DSP模块通过PI控制生成，主控调节板的FPGA模块以FT3曼码格式协议发送将所述占空比发送至PWM变流器阀控板。PWM变流器阀控板的PFGA模块生成控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器的标准方波，并利用该标准方波控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；PWM变流器阀控板的PFGA模块利用收到的主控调节板发送的占空比右移所述标准方波，获取控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器的波形，并利用该波形控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器。
其中，所述PWM变流器阀控板采用XC6SLX150芯片。
作为优选的，对各H桥多电平换流器的输出波形进行移相堆波处理获取相应的直流波形并将其稳定在预设目标值。
基于上述控制方法的同一构思，本发明还提供一种级联H桥多电平换流器的控制系统，如图7所示，所述系统包括：
确定单元，用于根据被控母线电压的实际值和目标值确定占空比；
控制单元，用于根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器。
所述确定单元，用于：
按下式确定占空比u(t)：
其中，Kp为PI控制器的比例系数，e(k)为被控母线电压的目标值和实际值的差值，T为采样周期，Ti为积分时间，n为控母线电压的目标值和实际值的差值的采样次数。
所述控制单元，包括：
第一控制模块，用于将标准方波作为H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；
调制模块，用于利用所述占空比右移所述标准方波；
第二控制模块，用于将右移后的波形作为H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器。
所述调制模块，用于：
按下式确定所述标准方波的右移相位差α：
上式中，u(t)为占空比，T′为标准方波的周期；
利用所述标准方波的右移相位差α对所述标准方波进行右移。
所述标准方波为在一个周期内，高电平和低电平分别持续占比为50％的波形。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种级联H桥多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据被控中压直流母线电压的实际值和目标值确定占空比；
根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器；
低压侧直流经过并联的级联H桥多电平换流器稳压，再分别由四绕组变压器升压，最后由整流装置整流为直流；
所述根据被控中压直流母线电压的实际值和目标值确定占空比，包括：
按下式确定占空比u(t)：
其中，Kp为PI控制器的比例系数，e(k)为被控中压直流母线电压的目标值和实际值的差值，T为采样周期，Ti为积分时间，n为被控中压直流母线电压的目标值和实际值的差值的采样次数；
所述根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器，包括：
将标准方波作为H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；
利用所述占空比右移所述标准方波；
将右移后的波形作为H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器；
所述利用所述占空比右移所述标准方波，包括：
按下式确定所述标准方波的右移相位差α：
上式中，u(t)为占空比，T′为标准方波的周期；
利用所述标准方波的右移相位差α对所述标准方波进行右移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准方波为在一个周期内，高电平和低电平分别持续占比为50％的波形。
3.一种级联H桥多电平换流器的控制系统，其特征在于，所述系统包括：
确定单元，用于根据被控中压直流母线电压的实际值和目标值确定占空比；
控制单元，用于根据所述占空比确定PWM脉冲信号，并利用该PWM脉冲信号控制级联H桥多电平换流器；
低压侧直流经过并联的级联H桥多电平换流器稳压，再分别由四绕组变压器升压，最后由整流装置整流为直流；
所述确定单元，用于：
按下式确定占空比u(t)：
其中，Kp为PI控制器的比例系数，e(k)为被控中压直流母线电压的目标值和实际值的差值，T为采样周期，Ti为积分时间，n为被控中压直流母线电压的目标值和实际值的差值的采样次数；
所述控制单元，包括：
第一控制模块，用于将标准方波作为H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中左桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中左桥换流器；
调制模块，用于利用所述占空比右移所述标准方波；
第二控制模块，用于将右移后的波形作为H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号，并利用所述H桥多电平换流器中右桥换流器的PWM脉冲信号控制所述H桥多电平换流器中右桥换流器；
所述调制模块，用于：
按下式确定所述标准方波的右移相位差α：
上式中，u(t)为占空比，T′为标准方波的周期；
利用所述标准方波的右移相位差α对所述标准方波进行右移。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述标准方波为在一个周期内，高电平和低电平分别持续占比为50％的波形。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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