[發明專利]一種多電平功率電路控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201110001711.7
• 申請日: 2011-01-06
• 公開（公告）號: CN102064727A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 鄭斌;寇宗乾;李學斌;楊加生;趙興東;白莉;喬建敏
• 申請（專利權）人: 中鐵建電氣化局集團有限公司;北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/49
• 代理公司: 信息產業部電子專利中心 11010
• 代理人: 梁軍

技術領域

本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種多電平功率電路控制方法和裝置。

背景技術

多電平電路特點是大功率、無諧波，較常見的為串聯功率單元電路，采用n個功率單元串聯構造電平數為2n+1個，輸出電壓諧波含量隨著n的增大而減小。在高壓大功率場合可以通過串聯更多的功率單元來滿足大容量的需求。這種大功率電路的控制實質上就是控制算法的物理實現，分為兩個方面：第一、功率電路自身開關器件的控制脈沖產生與分配問題；第二、控制對象以及控制策略算法。傳統的PI控制是將受控對象與參考信號的誤差通過PI調節作為調制信號，與三角載波比較得到開關信號，但是PI調節本身帶寬有限，對于干擾抑制能力較差。變結構控制通過改變自身結構來影響受控對象，使受控對象快速跟隨參考信號，具有魯棒性好、響應速度快等優點，其特性非常適合電力電子等開關系統。但是傳統方法存在高頻抖動，這種抖動增加了大功率器件的切換頻率，使開關損耗增加，因而在大功率電壓控制方面受到了限制，尤其在電壓控制方面，未見相關專利出現。所以有必要采取措施消除這種抖動，降低切換頻率，使其適用于大功率多電平電力電子系統。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種多電平功率電路控制方法和裝置。

具體的，本發明提供一種多電平功率電路控制方法，包括：

A，控制器基于功率電路中負載側電壓，構造切換函數s＝kx₁+x₂；式中k＞0，x₁為負載側電壓與理想負載電壓的差值；

B，控制器對所述切換函數s進行緩沖控制；

C，控制器利用緩沖控制后的切換函數s和控制系統收斂條件得到切換不等式，并基于該切換不等式進行邏輯判斷，得到開關函數u_x的控制律；

D，控制器基于功率電路所連接的電網電壓u_s與理想電網電壓的差值d在所述u_x控制律中的位置，確定功率電路中投入工作的功率單元數。

進一步的，本發明還提供一種控制器，包括：

函數構造模塊，用于基于功率電路中負載側電壓，構造切換函數s＝kx₁+x₂；式中k＞0；x₁為負載側電壓與理想負載電壓的差值；

緩沖控制模塊，用于對所述切換函數s進行緩沖控制；

邏輯判斷模塊，用于利用緩沖控制后的切換函數s和控制系統收斂條件得到切換不等式，并基于該切換不等式進行邏輯判斷，得到開關函數u_x的控制律；

電路控制模塊，用于基于功率電路所連接的電網電壓u_s與理想電網電壓的差值d在所述u_x控制律中的位置，確定功率電路中投入工作的功率單元數。

與現有技術相比，本發明有益效果如下：

本發明所述方法通過受控對象的變化控制器自動改變結構來適應輸出的需要。輸出電壓信號是由基于非載波調制的方式產生，這一點有別于傳統電壓控制領域內利用載波相移調制的方式，能夠以較小的開關頻率實現較理想的控制效果。另外，傳統的PI控制將會產生暫態振蕩誤差，其控制性能受多方面影響。本發明所述方法在控制電壓型串聯多電平功率電路時，充分利用多電平的特性來優化電壓輸出效果，根據受控電壓的變化自動調整投入工作的功率單元數量，避免了開關器件頻繁動作，總體上可以降低工作頻率，減少發熱，提高系統安全性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明提供的一種多電平功率電路控制方法流程圖；

圖2為本發明所述方法中功率電路的電路圖；

圖3為本發明實施例提供的一種多電平功率電路控制方法流程圖；

圖4為本發明實施例中功率電路輸出端開關頻率變化情況圖；

圖5為本發明實施例中功率電路輸出端及功率單元的電壓波形圖；

圖6為本發明所述控制方法的結構框圖；

圖7為本發明提供的一種控制器的結構圖。

具體實施方式