CN113054855B - 一种模拟电压晃电的源补互助式电源及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟电压晃电的源补互助式电源及控制方法，包括三相不可控整流桥、直流侧电容、单相逆变桥、滤波电感、RC滤波支路；单相逆变桥H1实现源输出，单相逆变桥H2实现补偿式输出，形成源补互助式电源，降低了对直流侧电压数值的要求、整流控制成本、控制复杂性及器件耐压要求；通过对单相逆变桥H2的切除及下管控制，实现了快速切痕模拟，保障了切痕模拟的效果；单相逆变桥H1与单相逆变桥H2相互辅助，实现电压晃电跌落和爬升的控制，可以降底电压转折点位置的超调和过冲问题；在晃电时间内，跌落和爬升的暂态过程中单相逆变桥H1与单相逆变桥H2相互辅助，实现了多倍速跟踪控制，减小了对控制增益的需求，降底了控制难度。

Description

一种模拟电压晃电的源补互助式电源及控制方法
技术领域
本发明涉及电能质量与电力电子变换技术领域，特别涉及一种模拟电压晃电的源补互助式电源及控制方法。
背景技术
电能质量问题已经成为供电中存在的最重要问题，而电压晃电已经成为电能质量问题中主要问题。每年，因为晃电问题造成的工农业生产经济损失高达数十亿元。因此，有效改善晃电问题已经成为现今电能质量装备发展的主要课题。常规措施，主要有通过电能质量优化设备来改善供电中的晃电问题，或者提高生产负荷设备的抗晃电边界能力使其晃电发生时仍能正常工作。
但是，电能质量优化设备的研制、测试等都需要能够模拟晃电问题发生的装置来验证该设备对电能质量优化的有效性；此外，想要不断改善生产负荷抗晃电的边界能力，也需要不断进行研制和测试，而这些测试也必须通过模拟晃电发生的装置来进行。
传统采用单逆变结构通过复杂控制来实现模拟晃电发生的装置虽然也能模拟晃电问题，但是对晃电指标的控制、晃电暂态过程的控制过程等方面仍存在不足：
1)单逆变结构时，需要较高的直流电压才能耦合出较高的输出电压，而较高的直流电压需要配置额外的整流控制、也需要才要较高耐压的器件来进行，增加了控制复杂性和器件成本。
2)单逆变结构时，需要很复杂的控制器、极高的响应速度和控制增益，才能使晃电暂态跟踪时间顺序变化，同时暂态转折点容易出现过冲、超调等问题。
3)在模拟电压切痕问题时，单逆变结构的实现效果并不理想，因为控制器的控制增益不可能无限大导致dv/dt电压变化率不足，难以模拟电压切痕波形。
不难看出，现有技术中还存在诸多问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟电压晃电的源补互助式电源及控制方法，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：
一种模拟电压晃电的源补互助式电源，包括三相不可控整流桥、直流侧电容C0、直流侧电容C1与直流侧电容C2、单相逆变桥H1、单相逆变桥H2、滤波电感L1、滤波电感L2、滤波电感L3、滤波电感L4、RC滤波支路与串联耦合式变压器T，所述RC滤波支路为两组，所述三相不可控整流桥为380V交流输入端，所述三相不可控整流桥的直流输出侧依次并联直流侧电容C0、直流侧电容C1与直流侧电容C2，所述直流侧电容C1两端并联单相逆变桥H1，所述直流侧电容C2两端并联单相逆变桥H2，所述单相逆变桥H1的桥臂输出端连接滤波电感L1与滤波电感L2，所述单相逆变桥H2的桥臂输出端连接滤波电感L3与滤波电感L4，所述滤波电感L1与滤波电感L2之间并联其一所述的RC滤波支路，所述滤波电感L3与滤波电感L4之间并联另一所述的RC滤波支路，所述滤波电感L1的输出端串联耦合变压器T的副边绕组，滤波电感L3与滤波电感L4的输出端连接至耦合变压器的原边侧，所述滤波电感L2的输出端与耦合变压器T副边绕组的另一端之间为电源的输出端。
一种模拟电压晃电的源补互助式电源的控制方法，包括跌落爬升控制指令生成方法与切痕模拟控制方法。
所述跌落爬升控制指令生成方法包括稳态指令给定法和暂态指令给定法，其中：
稳态指令给定法的指令生成过程为：互助式电源正常情况下的输出端电压额定值为VN，当前电流值为I，耦合变压器的原副边变比为r且耦合变压器的等效电抗为LT,则单相逆变桥H1的额定稳态指令值给定为：
Vref-N-H1＝λ*VN+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的指令值给定为：
Vref-N-H2＝(1-λ)*VN+w(L3+L4)*I/r，
其中λ为单相逆变桥H1与单相逆变桥H2的电压分布比；
互助式电晃电情况下的输出端跌落后的额定值为Vsw，则单相逆变桥H1的晃电跌落后稳态指令值给定为：
Vref-sw-H1＝λ*Vsw+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的晃电跌落后稳态指令值给定为：
Vref-sw-H2＝(1-λ)*Vsw+w(L3+L4)*I/r；
暂态指令给定法的指令生成过程为：从输出正常额定值VN向Vsw跌落，设定的跌落时间为tsw，互助式电源的控制频率为fctrl，则跌落过程的单相逆变桥H1的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000031
跌落过程的单相逆变桥H2的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000032
k为暂态过程的控制位置，且1≤k≤tswfctrl；
从Vsw向输出正常额定值VN爬升，设定的爬升时间为tps，则爬升过程的单相逆变桥H1的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000041
爬升过程的单相逆变桥H2的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000042
k为暂态过程的控制位置，且1≤k≤tpsfctrl。
所述切痕模拟控制方法，其控制步骤为：
步骤1、设切痕跌落后的额定值为Vqh，则切痕跌落前单相逆变桥H1的切痕跌落后稳态指令值给定为：
Vref-qh-H1＝Vqh+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的切痕跌落前稳态指令值给定为
Vref-qh-H2＝w(L3+L4)*I/r；
步骤2、单相逆变桥H1的切痕跌落后稳态指令值给定为：
Vref-qh-H1＝Vqh+w(L1+L2+LT)*I+w(L3+L4)*I/r
同时令单相逆变桥H2的控制指令Vref-qh-H2＝0，封锁H2的上管脉冲，令H2的下管保持导通状态，则实现H2桥瞬间切除，输出实现模拟电压切痕。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、单相逆变桥H1实现源输出，单相逆变桥H2实现补偿式输出，形成源补互助式电源，大大降低了对直流侧电压数值的要求，降低了整流控制成本和控制复杂性，降低了器件耐压要求。
2、通过对单相逆变桥H2的切除及下管控制，实现了快速切痕模拟，保障了切痕模拟的效果。
3、单相逆变桥H1与单相逆变桥H2相互辅助，实现电压晃电跌落和爬升的控制，可以降底电压转折点位置的超调和过冲问题。
4、在晃电时间内，跌落和爬升的暂态过程中单相逆变桥H1与单相逆变桥H2相互辅助，实现了多倍速跟踪控制，减小了对控制增益的需求，降底了控制难度。
附图说明
图1是本发明所述的模拟电压晃电的源补互助式电源拓扑结构示意图。
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。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种模拟电压晃电的源补互助式电源，包括三相不可控整流桥、直流侧电容C0、直流侧电容C1与直流侧电容C2、单相逆变桥H1、单相逆变桥H2、滤波电感L1、滤波电感L2、滤波电感L3、滤波电感L4、RC滤波支路与串联耦合式变压器T，所述RC滤波支路为两组，所述三相不可控整流桥为380V交流输入端，所述三相不可控整流桥的直流输出侧依次并联直流侧电容C0、直流侧电容C1与直流侧电容C2，所述直流侧电容C1两端并联单相逆变桥H1，所述直流侧电容C2两端并联单相逆变桥H2，所述单相逆变桥H1的桥臂输出端连接滤波电感L1与滤波电感L2，所述单相逆变桥H2的桥臂输出端连接滤波电感L3与滤波电感L4，所述滤波电感L1与滤波电感L2之间并联其一所述的RC滤波支路，所述滤波电感L3与滤波电感L4之间并联另一所述的RC滤波支路，所述滤波电感L1的输出端串联耦合变压器T的副边绕组，滤波电感L3与滤波电感L4的输出端连接至耦合变压器的原边侧，所述滤波电感L2的输出端与耦合变压器T副边绕组的另一端之间为电源的输出端。
一种模拟电压晃电的源补互助式电源的控制方法，包括跌落爬升控制指令生成方法与切痕模拟控制方法。
所述跌落爬升控制指令生成方法包括稳态指令给定法和暂态指令给定法，其中：
稳态指令给定法的指令生成过程为：互助式电源正常情况下的输出端电压额定值为VN，当前电流值为I，耦合变压器的原副边变比为r且耦合变压器的等效电抗为LT,则单相逆变桥H1的额定稳态指令值给定为：
Vref-N-H1＝λ*VN+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的指令值给定为：
Vref-N-H2＝(1-λ)*VN+w(L3+L4)*I/r，
其中λ为单相逆变桥H1与单相逆变桥H2的电压分布比；
互助式电晃电情况下的输出端跌落后的额定值为Vsw，则单相逆变桥H1的晃电跌落后稳态指令值给定为：
Vref-sw-H1＝λ*Vsw+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的晃电跌落后稳态指令值给定为：
Vref-sw-H2＝(1-λ)*Vsw+w(L3+L4)*I/r；
暂态指令给定法的指令生成过程为：从输出正常额定值VN向Vsw跌落，设定的跌落时间为tsw，互助式电源的控制频率为fctrl，则跌落过程的单相逆变桥H1的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000071
跌落过程的单相逆变桥H2的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000072
k为暂态过程的控制位置，且1≤k≤tswfctrl；
从Vsw向输出正常额定值VN爬升，设定的爬升时间为tps，则爬升过程的单相逆变桥H1的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000073
爬升过程的单相逆变桥H2的暂态指令给定值为：
Figure BDA0002971618280000074
k为暂态过程的控制位置，且1≤k≤tpsfctrl。
所述切痕模拟控制方法，其控制步骤为：
步骤1、设切痕跌落后的额定值为Vqh，则切痕跌落前单相逆变桥H1的切痕跌落后稳态指令值给定为：
Vref-qh-H1＝Vqh+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的切痕跌落前稳态指令值给定为
Vref-qh-H2＝w(L3+L4)*I/r；
步骤2、单相逆变桥H1的切痕跌落后稳态指令值给定为：
Vref-qh-H1＝Vqh+w(L1+L2+LT)*I+w(L3+L4)*I/r
同时令单相逆变桥H2的控制指令Vref-qh-H2＝0，封锁H2的上管脉冲，令H2的下管保持导通状态，则实现H2桥瞬间切除，输出实现模拟电压切痕。
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 (1)

1.一种模拟电压晃电的源补互助式电源，包括三相不可控整流桥、直流侧电容C0、直流侧电容C1与直流侧电容C2、单相逆变桥H1、单相逆变桥H2、滤波电感L1、滤波电感L2、滤波电感L3、滤波电感L4、RC滤波支路与串联耦合式变压器T，所述RC滤波支路为两组，所述三相不可控整流桥为380V交流输入端，所述三相不可控整流桥的直流输出侧依次并联直流侧电容C0、直流侧电容C1与直流侧电容C2，所述直流侧电容C1两端并联单相逆变桥H1，所述直流侧电容C2两端并联单相逆变桥H2，所述单相逆变桥H1的桥臂输出端连接滤波电感L1与滤波电感L2，所述单相逆变桥H2的桥臂输出端连接滤波电感L3与滤波电感L4，所述滤波电感L1与滤波电感L2之间并联其一所述的RC滤波支路，所述滤波电感L3与滤波电感L4之间并联另一所述的RC滤波支路，所述滤波电感L1的输出端串联耦合变压器T的副边绕组，滤波电感L3与滤波电感L4的输出端连接至耦合变压器的原边侧，所述滤波电感L2的输出端与耦合变压器T副边绕组的另一端之间为电源的输出端；
基于所述的模拟电压晃电的源补互助式电源的控制方法，其特征在于：包括跌落爬升控制指令生成方法与切痕模拟控制方法：
所述跌落爬升控制指令生成方法包括稳态指令给定法和暂态指令给定法，其中：
稳态指令给定法的指令生成过程为：互助式电源正常情况下的输出端电压额定值为VN，当前电流值为I，耦合变压器的原副边变比为r且耦合变压器的等效电抗为LT,则单相逆变桥H1的额定稳态指令值给定为：
Vref-N-H1＝λ*VN+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的指令值给定为：
Vref-N-H2＝(1-λ)*VN+w(L3+L4)*I/r，
其中λ为单相逆变桥H1与单相逆变桥H2的电压分布比；
互助式电晃电情况下的输出端跌落后的额定值为Vsw，则单相逆变桥H1的晃电跌落后稳态指令值给定为：
Vref-sw-H1＝λ*Vsw+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的晃电跌落后稳态指令值给定为：
Vref-sw-H2＝(1-λ)*Vsw+w(L3+L4)*I/r；
暂态指令给定法的指令生成过程为：从输出正常额定值VN向Vsw跌落，设定的跌落时间为tsw，互助式电源的控制频率为fctrl，则跌落过程的单相逆变桥H1的暂态指令给定值为：
Figure FDA0003784949530000021
跌落过程的单相逆变桥H2的暂态指令给定值为：
Figure FDA0003784949530000022
k为暂态过程的控制位置，且1≤k≤tswfctrl；
从Vsw向输出正常额定值VN爬升，设定的爬升时间为tps，则爬升过程的单相逆变桥H1的暂态指令给定值为：
Figure FDA0003784949530000023
爬升过程的单相逆变桥H2的暂态指令给定值为：
Figure FDA0003784949530000031
k为暂态过程的控制位置，且1≤k≤tpsfctrl；
所述切痕模拟控制方法，其控制步骤为：
步骤1、设切痕跌落后的额定值为Vqh，则切痕跌落前单相逆变桥H1的切痕跌落后稳态指令值给定为：
Vref-qh-H1＝Vqh+w(L1+L2+LT)*I
单相逆变桥H2的切痕跌落前稳态指令值给定为
Vref-qh-H2＝w(L3+L4)*I/r；
步骤2、单相逆变桥H1的切痕跌落后稳态指令值给定为：
Vref-qh-H1＝Vqh+w(L1+L2+LT)*I+w(L3+L4)*I/r
同时令单相逆变桥H2的控制指令Vref-qh-H2＝0，封锁H2的上管脉冲，令H2的下管保持导通状态，则实现H2桥瞬间切除，输出实现模拟电压切痕。
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