CN112290558B - 一种三电平svg中点电位控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三电平SVG中点电位控制方法，所述方法通过对三项电压进行采样并比较每项电压的绝对值大小，得出每项电流的修正值Δia、Δib、Δic。将各相电流修正值、无功电流的提取量和稳压环的输出量送入电流环控制器进行控制，通过控制器的输出进行正弦脉冲宽度调制(SPWM)并驱动开关管动作，实现母线稳压、均压以及无功电流的补偿。本发明相较于传统迭加共模电压分量的控制方法，能够较简单有效地实现三电平三相三线制SVG系统的输入母线中点电位控制。

Description

一种三电平SVG中点电位控制方法
技术领域
本发明涉及一种三电平变换器中点电位平衡控制方法，尤其涉及一种三电平SVG中点电位控制方法。
背景技术
与传统的两电平变换器相比，三电平变换器具有功率器件承受电压应力小、电压变化率小、输出波形特性好、开关频率低和效率高等优点，特别适用于高压大容量功率变换场合，另外，在相同的直流电压下，三电平变换器的变化率、共模干扰比两电平小，大大减小电磁干扰和电机绕组上的尖锋电压，有利于电机的安全运行。因此在柔性输电，电网无功补偿和吸收等高压大功率场合得到了广泛应用。但是，三电平也有一些缺点，就是在运行过程中其直流电容中点电位会发生波动，导致中点电位不平衡，大量增加输出电压和电流谐波，使三电平变换器的输出性能大大降低，甚至使三电平变换器的功率开关器件因过压而损坏。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种三电平SVG中点电位控制方法，通过对三项电压信号进行采样与比较，确定对三项电流的修正量，并通过SPWM调制驱动开关管控制母线中点电流，实现对中点电位的精确控制。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：
一种三电平SVG中点电位控制方法，包括如下步骤：
步骤101：对直流侧BUS电容电压进行采样，将正BUS电压值减去负BUS的电压值，得到误差值ΔU；
步骤103：将ΔU作为均压环控制器和稳压环控制器的输入量，得到均压环输出量Δi和稳压环输出量iBUS，a、iBUS，b、iBUS，c，所述稳压环输出量iBUS，a、iBUS，b、iBUS，c为母线电容总电压给定的电流；
步骤105：对三相市电电压进行采样，并对每项电压值取绝对值，得到|Ua|、|Ub|、|Uc|；
步骤107：将均压环输出量Δi作为修正基数，比较三相市电电压绝对值|Ua|、|Ub|、|Uc|的大小，确定每项电流的电流修正量，具体确定方法如下：
设Δia、Δib、Δic为中点电位控制时各相电流修正量；
a)当A相电压的绝对值大于B相电压的绝对值且A相电压的绝对值大于C相电压的绝对值，则取Δia＝2Δi，Δib＝-Δi，Δic＝-Δi；
b)当B相电压的绝对值大于A相电压的绝对值且B相电压的绝对值大于C相电压的绝对值，则取Δia＝-Δi，Δib＝2Δi，Δic＝-Δi；
c)当C相电压的绝对值大于A相电压的绝对值且C相电压的绝对值大于B相电压的绝对值，则取Δia＝-Δi，Δib＝-Δi，Δic＝2Δi；
步骤109：将无功电流提取量、稳压环输出量和各相电流修正量Δia、Δib、Δic作为电流环控制器的输入量送入电流环控制器进行控制；
步骤111：通过电流环控制器的输出进行SPWM调制；
步骤113：根据SPWM的调制信号驱动开关管动作。
本发明的有益效果在于，通过对三项电压信号采样并进行比较，确定对三项电流的修正量，将三项电流的修正量、无功电流的提取量以及稳压环的输出量送入电流控制器执行SPWM调制，驱动开关管控制母线中点电流，实现母线稳压、均压以及无功电流的补偿，相较于传统的迭加共模电压分量的控制方法更加简单有效，精确度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的实施例的主电路拓扑图。
图2为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图2所示，一种三电平SVG中点电位控制方法，包括如下步骤：
步骤101：对直流侧BUS电容电压进行采样，将正BUS电压值减去负BUS的电压值，得到误差值ΔU；
步骤103：将ΔU作为均压环控制器和稳压环控制器的输入量，得到均压环输出量Δi和稳压环输出量iBUS，a、iBUS，b、iBUS，c所述稳压环输出量iBUS，a、iBUS，b、iBUS，c为母线电容总电压给定的电流；
步骤105：对三相市电电压进行采样，并对每项电压值取绝对值，得到|Ua|、|Ub|、|Uc|；
步骤107：将均压环输出量Δi作为修正基数，比较三相市电电压绝对值|Ua|、|Ub|、|Uc|的大小，确定每项电流的电流修正量，具体确定方法如下：
设Δia、Δib、Δic为中点电位控制时各相电流修正量；
a)当A相电压的绝对值大于B相电压的绝对值且A相电压的绝对值大于C相电压的绝对值，则取Δia＝2Δi，Δib＝-Δi，Δic＝-Δi；
b)当B相电压的绝对值大于A相电压的绝对值且B相电压的绝对值大于C相电压的绝对值，则取Δia＝-Δi，Δib＝2Δi，Δic＝-Δi；
c)当C相电压的绝对值大于A相电压的绝对值且C相电压的绝对值大于B相电压的绝对值，则取Δia＝-Δi，Δib＝-Δi，Δic＝2Δi；
步骤109：将无功电流提取量、稳压环输出量和各相电流修正量Δia、Δib、Δic作为电流环控制器的输入量送入电流环控制器进行控制；
步骤111：通过电流环控制器的输出进行SPWM调制；
步骤113：根据SPWM的调制信号驱动开关管动作。
传统方法是在系统控制量中加入一些共模电压，间接的修正注入母线中点的电流，实际效果并不理想，容易导致母线中点电位产生较大的偏移。并且在重载时各相控制量已经比较接近正负母线电容电压，共模电压的调整范围有限，此时不能保证系统安全。
本发明实施例的主电路如图1所示，两个母线电容C1和C2串联；三相逆变电路分别与两个母线电容C1和C2并联，每一相逆变电路包括四个串联的IGBT开关管(Ta1～Ta4、Tb1～Tb4、Tc1～Tc4)和两个串联的钳位二极管(Da1～Da2、Db1～Db2、Dc1～Dc2)，每个IGBT开关管均包含续流二极管；这些IGBT开关管和钳位二极管形成I字型三电平架构，每对钳位二极管的中点接在C1和C2的中点，每相串联IGBT的中点作为三相逆变的输出，接到由L1～L3、L1-1～L1-3以及C1～C3构成的LCL型滤波器和电网。
本发明实施例通过直接在各相电流中引入电流修正量，实现对中点电位的精确控制，具体原理如下：
流入母线中点的电流为：
i0＝-k×[sgn(ua)×ua×ia+sgn(ub)×ub×ib+sgn(uc)×uc×ic]
(1)当a相控制量绝对值最大时，取Δia＝2Δi，Δib＝-Δi，Δic＝-Δi，则可得到中点电流变化量：Δi0＝-k×[sgn(ua)×ua×2-sgn(ub)×ub×1-sgn(uc)×uc×1]×Δi；
(2)当b相控制量绝对值最大时，取Δia＝-Δi，Δib＝2Δi，Δic＝-Δi，则可得到中点电流变化量：Δi0＝-k×[-sgn(ua)×ua×1+sgn(ub)×ub×2-sgn(uc)×uc×1]×Δi；
(3)当c相控制量绝对值最大时，取Δia＝-Δi，Δib＝-Δi，Δic＝2Δi，则可得到中点电流变化量：Δi0＝-k×[-sgn(ua)×ua×1-sgn(ub)×ub×1+sgn(uc)×uc×2]×Δi；
为简化控制器，防止系统产生振荡，本发明实施例用各相市电电压代替各相控制量进行判断。通过对三相市电电压绝对值大小的比较，得出各项电流的修正值，作为调整中点电位的依据，再通过电流环控制器进行SPWM调制，驱动开关管动作，实现对中点电压的控制。
通过实验可观察到，加入共模电压间接修正母线中点电流的控制方法，母线正负电容的中点电位偏移可以达到70V以上，并且随着功率的提升，所述中点电位偏移还会进一步加大，不利于系统安全稳定运行；使用本发明实施例的控制方法，母线正负电容中点的电位偏移始终控制在15V以内，保障了系统安全运行。
本发明实施例通过对三项电压信号采样并进行比较，确定三项电流的修正量Δia、Δib、Δic，把传统SVG控制中的无功电流的提取量加上稳压控制器的输出量以及针对母线电压不平衡的各相电流修正量Δia、Δib、Δic，送入电流环控制器进行控制，根据电流环控制器的输出进行SPWM调制并驱动开关管Ta1～Ta4、Tb1～Tb4、Tc1～Tc4动作，控制注入母线中点的电流，实现母线稳压、均压以及无功电流的补偿。本发明实施例的控制方法相较于传统的迭加共模电压分量的控制方法，能够较简单有效地实现三电平三相三线制SVG系统的输入母线中点电位控制，母线稳压、均压以及无功电流的补偿。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种三电平SVG中点电位控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101：对直流侧BUS电容电压进行采样，将正BUS电压值减去负BUS的电压值，得到误差值ΔU；
步骤103：将ΔU作为均压环控制器和稳压环控制器的输入量，得到均压环输出量Δi和稳压环输出量iBUS，a、iBUS，b、iBUS，c，所述稳压环输出量iBUS，a、iBUS，b、iBUS，c为母线电容总电压给定的电流；
步骤105：对三相市电电压进行采样，并对每项电压值取绝对值，得到|Ua|、|Ub|、|Uc|；
步骤107：将均压环输出量Δi作为修正基数，比较三相市电电压绝对值|Ua|、|Ub|、|Uc|的大小，确定每项电流的电流修正量，具体确定方法如下：
设Δia、Δib、Δic为中点电位控制时各相电流修正量，流入母线中点的电流为：
i0＝-k×[sgn(ua)×ua×ia+sgn(ub)×ub×ib+sgn(uc)×uc×ic]；
a)当A相电压的绝对值大于B相电压的绝对值且A相电压的绝对值大于C相电压的绝对值，则取Δia＝2Δi，Δib＝-Δi，Δic＝-Δi，可得到中点电流变化量：Δi0＝-k×[sgn(ua)×ua×2-sgn(ub)×ub×1-sgn(uc)×uc×1]×Δi；
b)当B相电压的绝对值大于A相电压的绝对值且B相电压的绝对值大于C相电压的绝对值，则取Δia＝-Δi，Δib＝2Δi，Δic＝-Δi，可得到中点电流变化量：Δi0＝-k×[-sgn(ua)×ua×1+sgn(ub)×ub×2-sgn(uc)×uc×1]×Δi；
c)当C相电压的绝对值大于A相电压的绝对值且C相电压的绝对值大于B相电压的绝对值，则取Δia＝-Δi，Δib＝-Δi，Δic＝2Δi，并可得到中点电流变化量：Δi0＝-k×[-sgn(ua)×ua×1-sgn(ub)×ub×1+sgn(uc)×uc×2]×Δi；
步骤109：将无功电流提取量、稳压环输出量和各相电流修正量Δia、Δib、Δic作为电流环控制器的输入量送入电流环控制器进行控制；
步骤111：通过电流环控制器的输出进行SPWM调制；
步骤113：根据SPWM的调制信号驱动开关管动作。
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