CN112636620A - 级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法，包括：采用电流采样模块测量电流发生器生成的测试电流信号，并发送至所述信号调制单元；采用电压采样模块测量被测子模块的电容电压信号，并发送至所述信号调制单元；级联型变流器系统参数模型模块根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，向所述信号调制单元输出参考电压信号；所述信号调制单元根据上述的测试电流信号、电容电压信号及参考电压信号，自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡。通过本发明，可降低控制器的存储容量要求，同时提高了测试结果精度。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及级联型变流器工况模拟测试在采用最近电平逼近调制时的控制信号生成方法。
背景技术
近年来，级联型变流器由于其模块化、易拓展、低纹波等特性，在中高压大功率场受到了广泛应用及关注。然而，随着级联型变流器电压等级与容量的不断提升，级联型变流器的子模块数量也将变得十分庞大，而级联型变流器的可靠性也主要取决于子模块的可靠性。为保证级联变流器系统的可靠运行，其子模块的验证和测试变得非常重要。
目前，级联型变流器主要调制方法是最近电平逼近调制，但由于工况模拟测试电路中大多仅设置单个或少量的被测子模块，因此难以直接采用最近电平逼近调制生成被测子模块所需的控制信号。现有的工况模拟测试系统中被测子模块的控制信号多直接设置为仿真系统提供的数据，但这种方法极大地增加了在长时间老化测试中对控制器存储数据的要求。另一方面，直接给定的控制信号影响了被测子模块控制的灵活性，使得子模块电容电压难以均衡，也难以反映出最近电平逼近调制中选择、排序的基本特征。
经检索，中国发明专利申请的申请号：201710367493.6，发明名称：一种电平逼近方法、电平逼近装置及控制装置，其中，电平逼近方法应用于级联H桥变流器。所述级联H桥变流器包括多个串联的子模块，所述方法包括：获取各所述子模块中电容的第一电压值以及各所述子模块的最大功率点对应的第二电压值；针对每一个所述子模块，根据所述第一电压值和第二电压值按照预设规则生成控制信息；根据所述控制信息控制对应的子模块的工作状态。通过上述方法，可以对各子模块单独进行控制，解决现有技术中因对各子模块进行统一的电压调控而导致各子模块之间存在难以适配的问题。
但是上述专利仍旧无法解决上述问题，因此，亟需提出一种有效的最近电平逼近控制信号生成方法，能够准确反映设定工况运行特性的同时保证测试过程中被测子模块电容的稳定。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的第一方面，提供一种级联型变流器工况模拟装置的信号调制单元，包括：电容均压模块、选择排序模块以及若干虚拟子模块；其中：
所述电容均压模块，生成级联型变流器工况模拟的调节电压信号，并输出到所述选择排序模块；
所述选择排序模块，根据所述电容均压模块生成的调节电压信号、级联型变流器工况模拟装置的级联型变流器系统参数模型模块输出的桥臂参考电压信号、采集得到的被测子模块的电容电压信号以及所述虚拟子模块输出的电容电压信号，采用选择排序算法，生成被测子模块及所述虚拟子模块中各开关器件的控制信号；
所述虚拟子模块，输入端接收级联型变流器工况模拟的测试电流信号，并对其进行处理后，最终输出各虚拟子模块的电容电压信号，该电容电压信号传给所述选择排序模块，用于帮助实现最近电平逼近调制特征，其中，
所述虚拟子模块在控制周期内：将所述级联型变流器工况模拟的测试电流信号乘以级联型变流器中子模块的等效电容倒数，然后对乘以等效电容倒数的测试电流信号进行积分运算，再将积分运算的测试电流信号乘以所述选择排序模块输出的各虚拟子模块中开关器件的控制信号，最终结果输出作为各虚拟子模块的电容电压信号。
本发明通过在被测子模块的控制器中引入若干虚拟子模块来模拟实际系统采用最近电平逼近控制时桥臂内所有子模块共同参与选择、排序、调制的机制，自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡。
可选地，所述电容均压模块，输入包括两种中任一种：
-第一种输入包括：
电流发生器生成的测试电流信号；
基于被测子模块与所述虚拟子模块的电容电压信号计算得到的虚拟直流母线电压信号；以及
所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号；
-第二种输入包括：
级联型变流器系统参数模型模块输出的参考电压信号；
电流发生器生成的测试电流信号；
基于所述被测子模块与虚拟子模块的电容电压信号计算得到的虚拟直流母线电压信号；以及
所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号；
所述电流发生器生成的测试电流信号，通过电流采样模块采集得到；所述采集得到的电容电压信号，通过电压采样模块采集得到。
可选地，所述虚拟子模块通过对所述电流采样模块输出的电流it进行积分运算，并结合虚拟子模块中各开关器件的控制信号来更新每个控制周期结束后虚拟子模块的电容电压信号Vc.virk，其表达式为：
其中tj和tj+1分别对应当前开关周期的起始与结束时刻，Gk(tj)表示第k个虚拟子模块在当前开关周期内的控制信号，C表示级联型变流器中子模块的等效电容。
可选地，在所述电容均压模块采用第一种输入时，对所述被测子模块对应的级联型变流器的直流母线电压进行闭环控制，根据电压采样模块输出的电容电压信号Vc以及虚拟子模块输出的电容电压信号Vc.virk得到虚拟直流母线电压信号VDC.vir，其表达式为：
将虚拟直流母线电压信号VDC.vir与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号VDC.ref作差得到直流母线电压差值，将电容电压差值与所述电流采样模块输出的测试电流的方向相乘后最终得到调节电压信号vbal，具体表达式为：
vbal＝sign(it)(VDC.ref-VDC.vir)(Kp+Ki/s)
其中，sign表示方向函数，Kp与Ki分别为电压控制的比例、积分系数。
可选地，在所述电容均压模块采用第二种输入时，对所述被测子模块对应的级联型变流器的直流母线电压进行闭环控制，根据所述电压采样模块输出的电容电压信号Vc以及虚拟子模块输出的电容电压信号Vc.virk得到虚拟直流母线电压信号VDC.vir，其表达式为：
将虚拟直流母线电压信号VDC.vir与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号VDC.ref作差得到直流母线电压差值，将电容电压差值与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的参考电压信号相乘后得到比例积分控制器的输入，具体表达式为：
einput＝vref(VDC.ref-VDC.vir)
将比例积分控制器的输出与电流采样模块输出的测试电流的方向相乘后得到调节电压信号vbal，具体表达式为：
vbal＝sign(it)einput(Kp+Ki/s)
其中，sign表示方向函数，Kp与Ki分别为电压控制的比例、积分系数。
可选地，所述电容均压模块生成的调节电压信号vbal与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的桥臂电压参考信号vref之和，经过比例调节后共同作为所述选择排序模块的输入信号；所述选择排序模块对所述被测子模块与所述虚拟子模块的电容电压信号进行排序，并结合测试电流方向确定所述被测子模块及虚拟子模块中各开关器件的控制信号。
可选地，所述虚拟子模块具有实现系统运行特性虚拟功能，与所述电容均压模块、所述选择排序模块配合使所述被测子模块的运行工况体现最近电平逼近控制的特征，同时实现所述被测子模块的电容电压平衡，并且与实际级联型变流器中需要模拟的子模块的电容电压相同。
可选地，所述虚拟子模块采用软件实现，用于控制器中帮助实现最近电平逼近调制特征；所述虚拟子模块的数量n在不超过实际级联型变流器的子模块总数量N的前提下选取。
本发明的第二方面，提供一种级联型变流器工况模拟装置的最近电平逼近控制信号生成方法，所述方法采用上述的信号调制单元来实现，其中：
采用电流采样模块测量电流发生器生成的测试电流信号，并发送至所述信号调制单元；
采用电压采样模块测量被测子模块的电容电压信号，并发送至所述信号调制单元；
级联型变流器系统参数模型模块根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，向所述信号调制单元输出参考电压信号；
所述信号调制单元根据上述的测试电流信号、电容电压信号及参考电压信号，自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡。
本发明的第三方面，提供一种级联型变流器工况模拟装置，包括：被测子模块，用于生成测试电流的电流发生器，以及信号调制单元；其中，
所述被测子模块接收所述电流发生器生成的测试电流及所述信号调制单元生成的作用于被测子模块内部开关器件的控制信号；
所述电流采样模块测量所述电流发生器生成的测试电流，并发送至所述信号调制单元；
所述电压采样模块测量所述被测子模块的电容电压，并发送至所述信号调制单元；
所述信号调制单元自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡；
根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，级联型变流器系统参数模型模块向所述信号调制单元输出参考电压信号。
相较于现有技术，本发明实施例具有以下优点：
(1)本发明提供的级联型变流器工况模拟的信号调制单元以及最近电平逼近控制信号生成方法，引入若干虚拟子模块来模拟实际系统，采用最近电平逼近控制时桥臂内所有子模块共同参与选择、排序、调制的机制，使得工况模拟测试不再依赖于仿真或实际实验中获得的子模块控制信号数据，显著降低对控制器存储容量的要求。
(2)本发明提供的级联型变流器子模块的最近电平逼近控制信号生成方法，通过信号调制单元自动生成被测子模块的控制信号，使被测子模块电容电压与实际运行中的级联型变流器子模块保持一致，从而实现最近电平逼近调制下的级联型变流器子模块的工况模拟，显著提高了测试精度。
(3)本发明提供的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法，通过数字信号处理器、运算电路或软件实现被测子模块的运行工况选择，可在控制层面进行自由调整，从而可以对被测子模块灵活施加不同的电、热应力。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟装置的信号调制单元的模块示意图；
图2为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟装置的最近电平逼近控制信号生成方法的流程图；
图3为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟装置的模块示意图；
图4为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法中虚拟子模块的示意性框图；
图5为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法中第一种电容均压模块的示意性框图；
图6为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法中第二种电容均压模块的示意性框图；
图7为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法中第一种被测子模块的结构示意图；
图8为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法中第二种被测子模块的结构示意图。
标号说明：1-电流发生器；2-被测子模块；3-电流采样模块；4-信号调制单元；41-电容均压模块；42-选择排序模块；43-虚拟子模块；5-电压采样模块；6-系统参数模型模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟装置的信号调制单元的模块示意图。请参考图1，本实施例中的级联型变流器工况模拟装置的信号调制单元4包括：电容均压模块41、选择排序模块42以及若干虚拟子模块43；其中：电容均压模块41生成级联型变流器工况模拟的调节电压信号，并输出到选择排序模块42；选择排序模块42根据电容均压模块41生成的调节电压信号、级联型变流器工况模拟装置的级联型变流器系统参数模型模块输出的桥臂参考电压信号、采集得到的电容电压信号以及虚拟子模块输出的电容电压信号，采用选择排序算法，生成被测子模块2及虚拟子模块43中各开关器件的控制信号；虚拟子模块43，输入端接收级联型变流器工况模拟的测试电流信号，以及选择排序模块42输出的虚拟子模块43中各开关器件的控制信号，输出其电容电压信号，该电容电压信号传给选择排序模块42，用于帮助实现最近电平逼近调制特征。
上述实施例中，实际级联型变流器系统参数包括桥臂电感、桥臂电阻、各端口等效电感、各端口等效电阻、子模块总数量以及子模块电容；实际级联型变流器运行工况包括各端口电压、电流以及传输功率等。
图2为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟装置的最近电平逼近控制信号生成方法的流程图。该最近电平逼近控制信号生成方法采用图1所示的信号调制单元，具体的，以下结合信号调制单元进行详细说明。
请参考图2，本实施例的级联型变流器工况模拟的最近电平逼近控制信号生成方法包括：
S100,采用电流采样模块测量电流发生器生成的测试电流信号，并发送至信号调制单元；
S200,采用电压采样模块测量被测子模块的电容电压信号，并发送至信号调制单元；
S300,级联型变流器系统参数模型模块根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，向信号调制单元输出参考电压信号；
S400,信号调制单元根据上述的测试电流信号和电容电压信号及参考电压信号，自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡。
以上图2仅仅是上述方法的一个实施例，其他实施例中也可以不按照上述的顺序进行，只要能实现上述功能即可。
本发明上述实施例的通过在被测子模块的控制器中引入若干虚拟子模块来模拟实际系统采用最近电平逼近控制时桥臂内所有子模块共同参与选择、排序、调制的机制，自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡。
图3为本发明的一实施例的级联型变流器工况模拟装置的模块示意图。请参照图3，该实施例中提供一种级联型变流器工况模拟装置，包括：被测子模块，用于生成测试电流的电流发生器1；以及，图1所示的信号调制单元；其中：被测子模块2接收电流发生器1生成的测试电流及信号调制单元4生成的作用于被测子模块2内部开关器件的控制信号；电流采样模块3测量电流发生器1生成的测试电流，并发送至信号调制单元4；电压采样模块5测量被测子模块2的电容电压，并发送至信号调制单元4；信号调制单元4自动生成被测子模块2在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块2的电容电压的自平衡；级联型变流器系统参数模型根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，模块向信号调制单元2输出参考电压信号。
本实施例通过信号调制单元自动生成被测子模块的控制信号，使被测子模块电容电压与实际运行中的级联型变流器子模块保持一致，从而实现最近电平逼近调制下的级联型变流器子模块的工况模拟，显著提高了测试精度。
在本发明上述各实施例基础上，如图3所示，信号调制单元4，接收电流采样模块3输出的电流发生器生成的测试电流信号，接收电压采样模块5输出的被测子模块2的电容电压信号，以及级联型变流器系统参数模型模块6输出的参考电压信号，生成被测子模块中开关器件的控制信号，使被测子模块2的运行工况体现最近电平逼近控制的特征，并使被测子模块2的电容电压平衡，并且与实际级联型变流器中需要模拟的子模块的电容电压相同。
在本发明上述各实施例中，作为优选方式，信号调制单元4的虚拟子模块43的输入可以包括：电流采样模块3输出的电流发生器生成的测试电流信号，选择排序模块42输出的虚拟子模块43中各开关器件的控制信号；虚拟子模块43输出其电容电压信号。
在本发明上述各实施例中，作为优选方式，信号调制单元4的电容均压模块41有两种实现的输入，具体为：
第一种实现的输入包括：电流采样模块3输出的电流发生器1生成的测试电流信号，基于被测子模块2与虚拟子模块43的电容电压信号计算得到的虚拟直流母线电压信号，以及级联型变流器系统参数模型模块6输出的直流母线电压参考信号；电容均压模块41输出调节电压信号；
电容均压模块41第二种实现的输入包括：级联型变流器系统参数模型模块输出的参考电压信号，电流采样模块3输出的电流发生器生成的测试电流信号，基于被测子模块2与虚拟子模块43的电容电压信号计算得到的虚拟直流母线电压信号，以及级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号；电容均压模块41输出调节电压信号；
在实际使用中，电容均压模块41可以根据具体使用情况选在上述两种输入中的任一种。
在本发明上述各实施例基础上，信号调制单元4中，选择排序模块42采用选择排序算法，根据电容均压模块41生成的调节电压信号，级联型变流器系统参数模型模块6输出的桥臂电压参考信号，电压采样模块5输出的电容电压信号以及虚拟子模块43输出的电容电压信号，共同生成被测子模块2及虚拟子模块43输出内部开关器件的控制信号。需要说明的是，虚拟子模块43并不存在于真实电路，仅用于控制器中帮助实现最近电平逼近调制。虚拟子模块43的数量n在不超过实际级联型变流器的子模块总数量N的前提下可以灵活选取。具体实现时，虚拟子模块采用软件实现，用于控制器中帮助实现最近电平逼近调制特征。
在本发明部分优选实施例中，如图3、4所示，虚拟子模块43通过对电流采样模块3输出的测试电流it进行积分运算，并结合对应虚拟子模块43中各开关器件的控制信号来更新每个开关周期结束后虚拟子模块43的电容电压信号Vc.virk，其表达式为：
其中tj和tj+1分别对应当前开关周期的起始与结束时刻，Gk(tj)表示第k个虚拟子模块43在当前开关周期内的控制信号，C表示级联型变流器中子模块的等效电容。
在本发明部分优选实施例中，如图3、5所示，在电容均压模块41的第一种实现中，对被测子模块2对应的级联型变流器的直流母线电压进行闭环控制，根据电压采样模块5输出的电容电压信号Vc以及虚拟子模块43输出的电容电压信号Vc.virk得到虚拟直流母线电压信号VDC.vir，其表达式为：
将虚拟直流母线电压信号VDC.vir与级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号VDC.ref作差得到直流母线电压差值，将电容电压差值与电流采样模块3输出的测试电流的方向相乘后最终得到调节电压信号vbal，具体表达式为：
vbal＝sign(it)(VDC.ref-VDC.vir)(Kp+Ki/s)
其中，sign表示方向函数，Kp与Ki分别为电压控制的比例、积分系数。
在本发明部分优选实施例中，如图3、6所示，在电容均压模块41的第二种实现中，对被测子模块对应的级联型变流器的直流母线电压进行闭环控制，根据电压采样模块输出的电容电压信号Vc以及虚拟子模块输出的电容电压信号Vc.virk得到虚拟直流母线电压信号VDC.vir，其表达式为：
将虚拟直流母线电压信号VDC.vir与级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号VDC.ref作差得到直流母线电压差值，将电容电压差值与级联型变流器系统参数模型模块输出的参考电压信号相乘后得到比例积分控制器的输入，具体表达式为：
einput＝vref(VDC.ref-VDC.vir)
将比例积分控制器的输出与电流采样模块输出的测试电流的方向相乘后得到调节电压信号vbal，具体表达式为：
vbal＝sign(it)einput(Kp+Ki/s)
其中，sign表示方向函数，Kp与Ki分别为电压控制的比例、积分系数。
本发明部分优选实施例中，电容均压模块41生成的调节电压信号vbal与级联型变流器系统参数模型模块6输出的桥臂电压参考信号vref之和经过比例调节后共同作为选择排序模块42的输入信号；选择排序模块42对被测子模块2与虚拟子模块43输出的电容电压信号进行排序，并结合测试电流方向确定被测子模块2和与虚拟子模块43输出中各开关器件的控制信号。
上述实施例的级联型变流器子模块的工况模拟测试电路中，所模拟的级联型变流器子模块是工作在级联型变流器系统当中的，被测子模块则是工作于工况模拟测试电路，目的是令被测子模块的电气特性和工作在级联型变流器中子模块的电气特性相同，被测子模块可以主要由任意一种结构的桥式变流器拓扑及其电容器构成。图7和图8分别为被测子模块可以采用的两种结构。上述实施例提供的级联型变流器子模块的工况模拟测试电路工作在最近电平逼近调制下。上述各计算步骤通过包含数字信号处理器和FPGA在内的芯片，运算电路或软件实现，可在控制层面进行自由调整，从而可以对被测子模块灵活施加不同的电、热应力。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种级联型变流器工况模拟装置的信号调制单元，其特征在于，包括：电容均压模块、选择排序模块以及若干虚拟子模块；
所述电容均压模块，生成级联型变流器工况模拟的调节电压信号，并输出到所述选择排序模块；
所述选择排序模块，根据所述电容均压模块生成的调节电压信号、级联型变流器工况模拟装置的级联型变流器系统参数模型模块输出的桥臂参考电压信号、采集得到的被测子模块的电容电压信号以及所述虚拟子模块输出的电容电压信号，采用选择排序算法，生成被测子模块及所述虚拟子模块中各开关器件的控制信号；
所述虚拟子模块，输入端接收级联型变流器工况模拟的测试电流信号，并对其进行处理后，最终输出各虚拟子模块的电容电压信号，该电容电压信号传给所述选择排序模块，用于帮助实现最近电平逼近调制特征，其中，
所述虚拟子模块在控制周期内：将所述级联型变流器工况模拟的测试电流信号乘以级联型变流器中子模块的等效电容倒数，然后对乘以等效电容倒数的测试电流信号进行积分运算，再将积分运算的测试电流信号乘以所述选择排序模块输出的各虚拟子模块中开关器件的控制信号，最终结果输出作为各虚拟子模块的电容电压信号。
2.根据权利要求1所述的信号调制单元，其特征在于，所述电容均压模块，输入包括两种中任一种：
-第一种输入包括：
电流发生器生成的测试电流信号；
基于被测子模块与所述虚拟子模块的电容电压信号计算得到的虚拟直流母线电压信号；以及
所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号；
-第二种输入包括：
级联型变流器系统参数模型模块输出的参考电压信号；
电流发生器生成的测试电流信号；
基于所述被测子模块与虚拟子模块的电容电压信号计算得到的虚拟直流母线电压信号；以及
所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号；
所述电流发生器生成的测试电流信号，通过电流采样模块采集得到；所述采集得到的电容电压信号，通过电压采样模块采集得到。
3.根据权利要求2所述的信号调制单元，其特征在于，所述虚拟子模块通过对所述电流采样模块输出的电流it进行积分运算，并结合虚拟子模块中各开关器件的控制信号来更新每个控制周期结束后虚拟子模块的电容电压信号Vc.virk，其表达式为：
其中tj和tj+1分别对应当前开关周期的起始与结束时刻，Gk(tj)表示第k个虚拟子模块在当前开关周期内的控制信号，C表示级联型变流器中子模块的等效电容。
4.根据权利要求2所述的信号调制单元，其特征在于，在所述电容均压模块采用第一种输入时，对所述被测子模块对应的级联型变流器的直流母线电压进行闭环控制，根据电压采样模块输出的电容电压信号Vc以及虚拟子模块输出的电容电压信号Vc.virk得到虚拟直流母线电压信号VDC.vir，其表达式为：
将虚拟直流母线电压信号VDC.vir与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号VDC.ref作差得到直流母线电压差值，将电容电压差值与所述电流采样模块输出的测试电流的方向相乘后最终得到调节电压信号vbal，具体表达式为：
vbal＝sign(it)(VDC.ref-VDC.vir)(Kp+Ki/s)
其中，sign表示方向函数，Kp与Ki分别为电压控制的比例、积分系数。
5.根据权利要求2所述的信号调制单元，其特征在于，在所述电容均压模块采用第二种输入时，对所述被测子模块对应的级联型变流器的直流母线电压进行闭环控制，根据所述电压采样模块输出的电容电压信号Vc以及虚拟子模块输出的电容电压信号Vc.virk得到虚拟直流母线电压信号VDC.vir，其表达式为：
将虚拟直流母线电压信号VDC.vir与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的直流母线电压参考信号VDC.ref作差得到直流母线电压差值，将电容电压差值与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的参考电压信号相乘后得到比例积分控制器的输入，具体表达式为：
einput＝vref(VDC.ref-VDC.vir)
将比例积分控制器的输出与电流采样模块输出的测试电流的方向相乘后得到调节电压信号vbal，具体表达式为：
vbal＝sign(it)einput(Kp+Ki/s)
其中，sign表示方向函数，Kp与Ki分别为电压控制的比例、积分系数。
6.根据权利要求1所述的信号调制单元，其特征在于，所述电容均压模块生成的调节电压信号vbal与所述级联型变流器系统参数模型模块输出的桥臂电压参考信号vref之和，经过比例调节后共同作为所述选择排序模块的输入信号；所述选择排序模块对所述被测子模块与所述虚拟子模块的电容电压信号进行排序，并结合测试电流方向确定所述被测子模块及虚拟子模块中各开关器件的控制信号。
7.根据权利要求1-6任一项所述的信号调制单元，其特征在于，所述虚拟子模块具有实现系统运行特性的虚拟功能，与所述电容均压模块、所述选择排序模块配合使所述被测子模块的运行工况体现最近电平逼近控制的特征，同时实现所述被测子模块的电容电压平衡，并且与实际级联型变流器中需要模拟的子模块的电容电压相同。
8.根据权利要求7所述的信号调制单元，其特征在于，所述虚拟子模块采用软件实现，用于控制器中帮助实现最近电平逼近调制特征；所述虚拟子模块的数量n在不超过实际级联型变流器的子模块总数量N的前提下选取。
9.一种级联型变流器工况模拟装置的最近电平逼近控制信号生成方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的信号调制单元，其中：
采用电流采样模块测量电流发生器生成的测试电流信号，并发送至所述信号调制单元；
采用电压采样模块测量被测子模块的电容电压信号，并发送至所述信号调制单元；
级联型变流器系统参数模型模块根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，向所述信号调制单元输出参考电压信号；
所述信号调制单元根据上述的测试电流信号、电容电压信号及参考电压信号，自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡。
10.一种级联型变流器工况模拟装置，其特征在于，包括：
被测子模块，
用于生成测试电流的电流发生器；以及，
权利要求1-8任一项所述的信号调制单元；
所述被测子模块接收所述电流发生器生成的测试电流及所述信号调制单元生成的作用于被测子模块内部开关器件的控制信号；
所述电流采样模块测量所述电流发生器生成的测试电流，并发送至所述信号调制单元；
所述电压采样模块测量所述被测子模块的电容电压，并发送至所述信号调制单元；
所述信号调制单元自动生成被测子模块在给定工况下的最近电平逼近控制信号，并同时实现被测子模块的电容电压的自平衡；
根据实际级联型变流器系统参数及运行工况，级联型变流器系统参数模型模块向所述信号调制单元输出参考电压信号。
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|---|---|---|---|---|
| CN115051534A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-13 | 浙江网新智能技术有限公司 | 中间母线电压自适应调节的级联电源系统及控制方法 |
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2020
- 2020-12-03 CN CN202011415472.5A patent/CN112636620B/zh active Active
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