CN112953252A - 一种t型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略 - Google Patents

一种t型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种T型交‑直‑交九电平变换器的控制及调制策略，所述T型交‑直‑交九电平变换器包括交流电源vg，电网电压源eg，滤波电感Ls，T型变换器A，T型变换器B，滤波电感Lf，滤波电容CL和负载电阻R，所述的T型交‑直‑交九电平变换器的控制及调制策略，包括整流侧控制与调制、逆变侧控制与调制。本发明能为各类最高不超过50kW的交流负载提供高品质电压源，能实现高电平的输出，无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量。本发明可以适用于更高电压等级、更大功率的场合。

Description

一种T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略
技术领域
本发明涉及电力电子变换器及其先进控制领域，具体为一种T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略。
背景技术
单相交-直-交转换器已在许多应用中使用，例如不间断电源，有源功率滤波器，电机驱动系统等。在传统的三电平或五电平整流器中，电网侧电流包含的谐波分量较多。电网侧电流和电网侧电压存在相位差，无法实现整流器的单位功率因数运行，因此带来大量的谐波污染。为了减少输出电压失真并克服大功率中压应用领域中功率开关转换器的电压限制，转换器的级联可以在很大程度上提供帮助。并且通过级联进一步减小了开关管的应力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种T型交-直-交九电平变换器，所述T型交-直-交九电平变换器包括交流电源vg，电网电压源eg，滤波电感Ls，T型变换器A，T型变换器B，滤波电感Lf，滤波电容CL和负载电阻R；
所述交流电源vg的正极与滤波电感Ls的一端连接，所述滤波电感Ls的另一端与T型变换器A的整流端口连接，所述T型变换器A的逆变端口与滤波电感Lf的一端连接，所述滤波电感Lf的另一端与负载电阻R的一端连接，所述负载电阻R的另一端与T型变换器B的逆变端口连接，所述滤波电容CL与负载电阻R并联，所述T型变换器B的整流端口与交流电源vg的负极连接，所述T型变换器A的公共桥臂中点与T型变换器A的公共桥臂中点连接。
更进一步的，T型交-直-交九电平变换器，所述T型变换器A与T型变换器B结构完全相同，所述T型变换器A包括开关管Sa1～Sa8，开关管S1a，开关管S2a，电容Ca1和电容Ca2；
所述开关管Sa1的源极分别和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接，所述开关管Sa1的漏极分别和开电容Ca1的正极、开关管S1a的漏极，开关管Sa5的漏极连接，所述开关管Sa2的源极和开关Sa4的漏极连接，所述开关管Sa4的源极分别和电容Ca1的负极、电容Ca2的负极、开关管Sa8的漏极连接，所述开关管Sa3的源极分别和电容Ca2的负极、开关管S2a的源极、开关管Sa7的源极连接，所述开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接，所述开关管Sa5的源极分别和开关管Sa7的漏极、开关管Sa6的漏极连接，所述开关管Sa6的源极和开关管Sa8的源极连接，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点与T型变换器B的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点连接。
更进一步的，T型交-直-交九电平变换器，所述T型变换器A的开关管Sa1的源极和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接点作为T型变换器A的整流端口，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点作为T型变换器A的公共桥臂中点，将开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，S1a、S2a连接部分电路作为T型变换器A的整流侧，将开关管Sa5、Sa6、Sa7、Sa8的连接部分电路作为T型变换器A的逆变侧。
更进一步的，T型交-直-交九电平变换器，所述T型变换器B的开关管Sb1的源极和开关管Sb2的漏极、开关管Sb3的漏极连接点作为T型变换器B的整流端口，所述T型变换器B的开关管S1b的源极和开关管S2b的漏极连接点作为T型变换器B的公共桥臂中点，将开关管Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，S1b、S2b连接部分电路作为T型变换器B的整流侧，将开关管Sb5、Sb6、Sb7、Sb8的连接部分电路作为T型变换器B的逆变侧。
T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略，包括整流侧控制与调制、逆变侧控制与调制，所述整流侧控制与调制具体为：检测电网电压源eg的电压vg，检测电网电流ig，检测T型变换器A和T型变换器B的电容Ca1、Ca2、Cb1和Cb2的电压vCa1、vCa2、vCb1和vCb2并求和，将电压vCa1、vCa2、vCb1和vCb2之和求平均值为直流电压平均值vavg,将直流电压平均值vavg与直流电压平均值的参考值vavg *求差，其差值经过PI算法得到电网电流的参考值ig *,对电网电压锁相得电网电压相位ωt，将电网电流ig与电网电压相位ωt经过ɑβ/dq坐标变换得到电网电流ig的d轴分量id和q轴分量iq，将id、iq、ig *、电网电压幅值Vg和iq的参考值iq *经过dq解耦后得到T型变换器A和T型变换器B整流电路调制波d轴分量vd和q轴分量vq，将vd和vq经过dq/ɑβ坐标变换后得到T型变换器A和T型变换器B整流侧调制信号vin *，将整流侧调制信号vin *经过SVPWM调制后得到整流侧的开关管脉冲信号。
更进一步的，T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略，所述逆变侧控制与调制具体为：将电容Ca1、Ca2的电压vCa1、vCa2之和vda与电容Cb1、Cb2的电压vCb1、vCb2之和vdb求差，其差值经过PI算法后得到逆变侧调制波增量Δd，将逆变侧输出电压指令值的幅值Vo *与实际值的幅值Vo经过PI算法后得到调制波幅值参考值Vl *，将电网电压相位ωt经过正选化后与Vl *相乘得到T型变换器A和T型变换器B的逆变侧调制波vl *，将(0.5*vl *+Δd)作为A模块逆变侧的调制波vla *，将(0.5*vl *-Δd)作为B模块逆变侧的调制波vlb *，将vla *经过载波平移调制(LS-PWM)后得到A模块逆变侧的开关管脉冲信号，将vlb *经过载波平移调制(LS-PWM)后得到B模块逆变侧的开关管脉冲信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明T型交-直-交九电平变换器能为各类最高不超过50kW的交流负载提供高品质电压源。本发明T型交-直-交九电平变换器能实现高电平的输出，并且通过级联进一步减小了开关管的应力。无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量。本发明可适用于更高电压等级、更大功率的场合。
附图说明
图1为本发明的T型交-直-交九电平变换器结构示意图；
图2为本发明的T型变换器A和T型变换器B的整流电路；
图3为本发明的T型变换器A和T型变换器B的逆变电路；
图4为本发明的T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略示意图；
图5为本发明的T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略局部第一放大示意图；
图6为本发明的T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略局部第二放大示意图；
图7为本发明的T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略局部第三放大示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例
如图1所示，一种T型交-直-交九电平变换器，所述T型交-直-交九电平变换器包括交流电源vg，电网电压源eg，滤波电感Ls，T型变换器A，T型变换器B，滤波电感Lf，滤波电容CL和负载电阻R；
所述交流电源vg的正极与滤波电感Ls的一端连接，所述滤波电感Ls的另一端与T型变换器A的整流端口连接，所述T型变换器A的逆变端口与滤波电感Lf的一端连接，所述滤波电感Lf的另一端与负载电阻R的一端连接，所述负载电阻R的另一端与T型变换器B的逆变端口连接，所述滤波电容CL与负载电阻R并联，所述T型变换器B的整流端口与交流电源vg的负极连接，所述T型变换器A的公共桥臂中点与T型变换器A的公共桥臂中点连接，T型交-直-交九电平变换器能为各类交流负载提供高品质电压源。
如图1所示，T型交-直-交九电平变换器，所述T型变换器A与T型变换器B结构完全相同，所述T型变换器A包括开关管Sa1～Sa8，开关管S1a，开关管S2a，电容Ca1和电容Ca2；
所述开关管Sa1的源极分别和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接，所述开关管Sa1的漏极分别和开电容Ca1的正极、开关管S1a的漏极，开关管Sa5的漏极连接，所述开关管Sa2的源极和开关Sa4的漏极连接，所述开关管Sa4的源极分别和电容Ca1的负极、电容Ca2的负极、开关管Sa8的漏极连接，所述开关管Sa3的源极分别和电容Ca2的负极、开关管S2a的源极、开关管Sa7的源极连接，所述开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接，所述开关管Sa5的源极分别和开关管Sa7的漏极、开关管Sa6的漏极连接，所述开关管Sa6的源极和开关管Sa8的源极连接，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点与T型变换器B的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点连接。
如图2所示，所述T型变换器A的开关管Sa1的源极和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接点作为T型变换器A的整流端口，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点作为T型变换器A的公共桥臂中点，将开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，S1a、S2a连接部分电路作为T型变换器A的整流侧，将开关管Sa5、Sa6、Sa7、Sa8的连接部分电路作为T型变换器A的逆变侧。
如图3所示，所述T型变换器B的开关管Sb1的源极和开关管Sb2的漏极、开关管Sb3的漏极连接点作为T型变换器B的整流端口，所述T型变换器B的开关管S1b的源极和开关管S2b的漏极连接点作为T型变换器B的公共桥臂中点，将开关管Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，S1b、S2b连接部分电路作为T型变换器B的整流侧，将开关管Sb5、Sb6、Sb7、Sb8的连接部分电路作为T型变换器B的逆变侧。
所述T型变换器A的开关管Sa1的源极和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接点作为T型变换器A的整流端口，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点作为T型变换器A的公共桥臂中点。
所述T型变换器B的开关管Sb1的源极和开关管Sb2的漏极、开关管Sb3的漏极连接点作为T型变换器B的整流端口，所述T型变换器B的开关管S1b的源极和开关管S2b的漏极连接点作为T型变换器B的公共桥臂中点。
如图4所示，T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略，包括整流侧控制与调制、逆变侧控制与调制，所述整流侧控制与调制具体为：检测电网电压源eg的电压vg，检测电网电流ig，检测T型变换器A和T型变换器B的电容Ca1、Ca2、Cb1和Cb2的电压vCa1、vCa2、vCb1和vCb2并求和，将电压vCa1、vCa2、vCb1和vCb2之和求平均值为直流电压平均值vavg,将直流电压平均值vavg与直流电压平均值的参考值vavg *求差，其差值经过PI算法得到电网电流的参考值ig *,对电网电压锁相得电网电压相位ωt，将电网电流ig与电网电压相位ωt经过ɑβ/dq坐标变换得到电网电流ig的d轴分量id和q轴分量iq，将id、iq、ig *、电网电压幅值Vg和iq的参考值iq *经过dq解耦后得到T型变换器A和T型变换器B整流电路调制波d轴分量vd和q轴分量vq，将vd和vq经过dq/ɑβ坐标变换后得到T型变换器A和T型变换器B整流侧调制信号vin *，将整流侧调制信号vin *经过SVPWM调制后得到整流侧的开关管脉冲信号。
所述逆变侧控制与调制具体为：将电容Ca1、Ca2的电压vCa1、vCa2之和vda与电容Cb1、Cb2的电压vCb1、vCb2之和vdb求差，其差值经过PI算法后得到逆变侧调制波增量Δd，将逆变侧输出电压指令值的幅值Vo *与实际值的幅值Vo经过PI算法后得到调制波幅值参考值Vl *，将电网电压相位ωt经过正选化后与Vl *相乘得到T型变换器A和T型变换器B的逆变侧调制波vl *，将(0.5*vl *+Δd)作为A模块逆变侧的调制波vla *，将(0.5*vl *-Δd)作为B模块逆变侧的调制波vlb *，将vla *经过载波平移调制(LS-PWM)后得到A模块逆变侧的开关管脉冲信号，将vlb *经过载波平移调制(LS-PWM)后得到B模块逆变侧的开关管脉冲信号。
上述T型交-直-交九电平变换器能实现高电平的输出，并且通过级联进一步减小了开关管的应力，无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量，同时可适用于更高电压等级、更大功率的场合。
本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种T型交-直-交九电平变换器，其特征在于，所述T型交-直-交九电平变换器包括交流电源vg，电网电压源eg，滤波电感Ls，T型变换器A，T型变换器B，滤波电感Lf，滤波电容CL和负载电阻R；
所述交流电源vg的正极与滤波电感Ls的一端连接，所述滤波电感Ls的另一端与T型变换器A的整流端口连接，所述T型变换器A的逆变端口与滤波电感Lf的一端连接，所述滤波电感Lf的另一端与负载电阻R的一端连接，所述负载电阻R的另一端与T型变换器B的逆变端口连接，所述滤波电容CL与负载电阻R并联，所述T型变换器B的整流端口与交流电源vg的负极连接，所述T型变换器A的公共桥臂中点与T型变换器A的公共桥臂中点连接。
2.根据权利要求1所述的T型交-直-交九电平变换器，所述T型变换器A与T型变换器B结构完全相同，所述T型变换器A包括开关管Sa1～Sa8，开关管S1a，开关管S2a，电容Ca1和电容Ca2；
所述开关管Sa1的源极分别和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接，所述开关管Sa1的漏极分别和开电容Ca1的正极、开关管S1a的漏极，开关管Sa5的漏极连接，所述开关管Sa2的源极和开关Sa4的漏极连接，所述开关管Sa4的源极分别和电容Ca1的负极、电容Ca2的负极、开关管Sa8的漏极连接，所述开关管Sa3的源极分别和电容Ca2的负极、开关管S2a的源极、开关管Sa7的源极连接，所述开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接，所述开关管Sa5的源极分别和开关管Sa7的漏极、开关管Sa6的漏极连接，所述开关管Sa6的源极和开关管Sa8的源极连接，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点与T型变换器B的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点连接。
3.根据权利要求2所述的T型交-直-交九电平变换器，其特征在于，所述T型变换器A的开关管Sa1的源极和开关管Sa2的漏极、开关管Sa3的漏极连接点作为T型变换器A的整流端口，所述T型变换器A的开关管S1a的源极和开关管S2a的漏极连接点作为T型变换器A的公共桥臂中点，将开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，S1a、S2a连接部分电路作为T型变换器A的整流侧，将开关管Sa5、Sa6、Sa7、Sa8的连接部分电路作为T型变换器A的逆变侧。
4.根据权利要求2所述的T型交-直-交九电平变换器，其特征在于，所述T型变换器B的开关管Sb1的源极和开关管Sb2的漏极、开关管Sb3的漏极连接点作为T型变换器B的整流端口，所述T型变换器B的开关管S1b的源极和开关管S2b的漏极连接点作为T型变换器B的公共桥臂中点，将开关管Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，S1b、S2b连接部分电路作为T型变换器B的整流侧，将开关管Sb5、Sb6、Sb7、Sb8的连接部分电路作为T型变换器B的逆变侧。
5.一种如权利要求1-4任一所述的T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略，包括整流侧控制与调制、逆变侧控制与调制，所述整流侧控制与调制具体为：检测电网电压源eg的电压vg，检测电网电流ig，检测T型变换器A和T型变换器B的电容Ca1、Ca2、Cb1和Cb2的电压vCa1、vCa2、vCb1和vCb2并求和，将电压vCa1、vCa2、vCb1和vCb2之和求平均值为直流电压平均值vavg,将直流电压平均值vavg与直流电压平均值的参考值vavg *求差，其差值经过PI算法得到电网电流的参考值ig *,对电网电压锁相得电网电压相位ωt，将电网电流ig与电网电压相位ωt经过ɑβ/dq坐标变换得到电网电流ig的d轴分量id和q轴分量iq，将id、iq、ig *、电网电压幅值Vg和iq的参考值iq *经过dq解耦后得到T型变换器A和T型变换器B整流电路调制波d轴分量vd和q轴分量vq，将vd和vq经过dq/ɑβ坐标变换后得到T型变换器A和T型变换器B整流侧调制信号vin *，将整流侧调制信号vin *经过SVPWM调制后得到整流侧的开关管脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的T型交-直-交九电平变换器的控制及调制策略，所述逆变侧控制与调制具体为：将电容Ca1、Ca2的电压vCa1、vCa2之和vda与电容Cb1、Cb2的电压vCb1、vCb2之和vdb求差，其差值经过PI算法后得到逆变侧调制波增量Δd，将逆变侧输出电压指令值的幅值Vo *与实际值的幅值Vo经过PI算法后得到调制波幅值参考值Vl *，将电网电压相位ωt经过正选化后与Vl *相乘得到T型变换器A和T型变换器B的逆变侧调制波vl *，将(0.5*vl *+Δd)作为A模块逆变侧的调制波vla *，将(0.5*vl *-Δd)作为B模块逆变侧的调制波vlb *，将vla *经过载波平移调制(LS-PWM)后得到A模块逆变侧的开关管脉冲信号，将vlb *经过载波平移调制(LS-PWM)后得到B模块逆变侧的开关管脉冲信号。
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