[發明專利]一種三重化線電壓級聯型整流器的比例諧振控制方法

有效

• 申請號: 201210213313.6
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102723885A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 夏長亮;周發強;王志強;陳煒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M1/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

所屬技術領域

本發明涉及一種三重化線電壓級聯型整流器的控制方法，屬于功率變換器控制領域。

背景技術

在高壓大功率應用場合，隨著功率等級的不斷提高，受開關器件自身功率等級的限制，采用傳統的功率器件和拓撲結構已不能滿足當今對變流裝置的要求，因此基于多電平技術的變換器逐漸得到廣泛的關注。其中H橋級聯型多電平變換器因具有等效開關頻率高、輸出電能質量好、可靠性高、易于模塊化和拓展等優點，近年來被廣泛應用于電氣傳動、靜態無功補償，新能源發電等大功率變換領域。但是該變換器在構成三相大功率系統時需要較多開關管和獨立直流電源，且在控制方面不能采用較為成熟的三相系統控制方法。同時獨立直流電源一般是由多繞組移相變壓器來提供，從而導致整個系統體積、成本和損耗均增加，這些都成為制約其廣泛應用的重要因素。

因此國內外科研人員提出了以3個普通三相六開關的電壓型變換器(voltage?source?converter，VSC)單元通過線電壓級聯方式構成的電壓型變換器(line?voltage?cascaded?VSC，LVC-VSC)[1-3]。該種變換器繼承了傳統H橋級聯多電平變換器的諸多優點，其應用于三相系統時所需的直流電源較少，也易于引入三相系統的控制理論；同時以該變換器為單元模塊再以相同線電壓級聯方式連接，可獲得更高電壓等級的功率變換器。根據變換器輸入輸出電能性質的不同，可以把LVC-VSC分為線電壓級聯型逆變器（LVC-VSI）和線電壓級聯型整流器（LVC-VSR）。當LVC-VSC作為整流器運行時具有多個輸出端，能同時為多路負載供電；同時由兩個該種變換器構成背靠背的AC-AC變流器可以省去傳統多繞組移相變壓器。這種新拓撲能夠實現網側單位功率因素，調速系統四象限運行，因此具有較高的研究和實用價值。

三重化LVC-VSR由3個VSR單元組成，若針對每個VSR單獨控制，則控制系統需要多路采樣和多組控制器，從而增加了控制算法的復雜程度和系統硬件成本，且需要考慮各子系統之間的協調運行，不易實現閉環控制。此外，三重化LVC-VSR在功率傳輸均衡運行時，由于結構特性的原因，每組VSR傳輸的瞬時功率中含有二次諧波分量，因此每組直流電容電壓的平均值雖能保持穩定但卻存在二倍頻波動，影響系統的供電質量和可靠性；目前在工程應用中可以通過增大直流側電容或者采用LC無源濾波器來濾除直流電壓波動，但卻增加系統體積和硬件成本。因此，針對該變換器需要研究一種硬件需求量少，運算量小，控制結構簡單的控制方法，不僅可以實現該整流器功率傳輸的均衡穩定和網側單位功率因素運行，而且可以保證各直流側電容電壓的恒定相等，提高系統可靠性。

相關文獻

[1]E.Cengelci,P.Enjeti,C.Singh,and?F.Blaabjerg,“New?medium?voltage?PWM?inverter?topologies?for?adjustable?speed?AC?motor?drive?systems,”in?Proc.IEEE?Applied?Power?Electron.Conf.,1998,vol.2,pp.565-571.

[2]W.Jun,and?K.M.Smedley,“Synthesis?of?multilevel?converters?based?on?single-and/or?three-phase?converter?building?blocks,”IEEE?Trans.Ind.Electron.,vol.23,no.3,pp.1247-1256,May?2008.

[3]何金平，毛承雄，陸繼明，等．三相線電壓級聯多電平變換器原理及仿真研究[J]．高電壓技術，2007，33(4)：170-174．

發明內容

本發明目的在于解決三重化線電壓級聯型整流器存在的技術問題，提出一種針對該結構的比例諧振控制方法。該方法硬件需求量少，控制系統結構和算法簡單，不僅可以在兩相靜止坐標系下實現該整流器功率傳輸的均衡穩定，調節網側功率因素，而且可以有效抑制各直流電容電壓的二倍頻波動，改善系統的電能質量，提高系統運行的可靠性和穩定性。

為了實現上述目的，本發明提出的一種三重化線電壓級聯型整流器的比例諧振控制方法采用以下技術方案：