[發明專利]基于峰值預測的模塊化多電平換流器橋臂間電壓平衡方法

有效

• 申請號: 201410220000.2
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103973088B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 楊文博;許樹楷;宋強;朱喆;劉文華;黎小林;饒宏
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;清華大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于峰值預測的模塊化多電平換流器的橋臂間電壓平衡方法，其特征在于，該方法循環執行1)～5)的步驟：

1)采集和獲取控制所需要的數據，包括：

1-1)采集換流器交流端口三相電壓瞬時值v_a、v_b、v_c、直流端口電壓v_dc、橋臂電壓v_aucap、v_alcap、v_bucap、v_blcap、v_cucap、v_clcap；

1-2)從鎖相環獲取當前d軸位置wt；

1-3)從交流端口控制器獲取d軸電流和q軸電流參考值i_{d_r}、i_{q_r}；

1-4)獲取換流器橋臂等效電容C_eq和換流器等效連接電抗X_eq，滿足公式(1)，其中C_sbm為子模塊電容，N為每橋臂子模塊數，L_arm為橋臂電感，f為交流系統頻率；

C_eq＝C_sbm/N

(1)

X_eq＝πfL_arm

2)計算連接電抗閥側等效三相電壓的幅值和相位：

2-1)對步驟1)中采集的三相電壓瞬時值v_a、v_b、v_c進行dq變換得到v_d、v_q；

2-2)按照公式(2)計算連接電抗閥側等效d軸電壓v_d1和q軸電壓v_q1；

v_d1＝v_d+X_eqi_{q_r}

(2)

v_q1＝v_q-X_eqi_{d_r}

2-3)對v_d1和v_q1進行dq反變換得到連接電抗閥側等效三相電壓瞬時值v_a1、v_b1、v_c1；

2-4)對一個工頻周期內的v_a1、v_b1、v_c1形成的序列進行傅里葉變換得到閥側等效三相電壓的幅值U_maga、U_magb、U_magc和相位θ_ua、θ_ub、θ_uc；

3)計算各橋臂電壓出現最大值時的相位：

3-1)按照公式(3)計算三相電流當前相位θ_ia、θ_ib、θ_ic和交流電流幅值I_acp，其中arctan2為四象限反正切函數；

3-2)按照公式(4)計算各相的穩態直流電流分量I_dca、I_dcb、I_dcc；

Idca=-UmagaIacpcos(θia-θua)2vdcIdcb=-UmagbIacpcos(θib-θub)2vdcIdcc=-UmagcIacpcos(θic-θuc)2vdc---(4)]]>

3-3)按照公式(5)計算各橋臂電流的過零點相位θ_{czp_i},i＝1～6；其中下標1～6分別表示A相上橋臂、B相上橋臂、C相上橋臂、A相下橋臂、B相下橋臂、C相下橋臂；

θ_{czp_1}＝arcsin(2I_dca/I_acp)

θ_{czp_2}＝arcsin(2I_dcb/I_acp)

θ_{czp_3}＝arcsin(2I_dcc/I_acp)

(5)

θ_{czp_4}＝-arcsin(2I_dca/I_acp)

θ_{czp_5}＝-arcsin(2I_dcb/I_acp)

θ_{czp_6}＝-arcsin(2I_dcc/I_acp)

3-4)若cos(θ_{czp_i})>0,i＝1～3或者cos(θ_{czp_i})<0,i＝4～6，則將對應的θ_{czp_i}修改為180°-θ_{czp_i}，這一處理后的θ_{czp_i}即為各橋臂電壓出現最大值時的相位；

4)計算預測的各橋臂電壓的最大值：

4-1)記θ₁＝θ_ia-θ_ua、θ₂＝θ_ib-θ_ub、θ₃＝θ_ic-θ_uc、θ₄＝θ_ia-θ_ua、θ₅＝θ_ib-θ_ub、θ₆＝θ_ic-θ_uc，U_{ac_1}＝U_maga、U_{ac_2}＝U_magb、U_{ac_3}＝U_magc、U_{ac_4}＝U_maga、U_{ac_5}＝U_magb、U_{ac_6}＝U_magc，I_{dc_1}＝I_dca、I_{dc_2}＝I_dcb、I_{dc_3}＝I_dcc、I_{dc_4}＝I_dca、I_{dc_5}＝I_dcb、I_{dc_6}＝I_dcc，θ_{u_1}＝θ_ua、θ_{u_2}＝θ_ub、θ_{u_3}＝θ_uc、θ_{u_4}＝θ_ua、θ_{u_5}＝θ_ub、θ_{u_6}＝θ_uc，v_{arm_1}＝v_aucap、v_{arm_2}＝v_bucap、v_{arm_3}＝v_cucap、v_{arm_4}＝v_alcap、v_{arm_5}＝v_blcap、v_{arm_6}＝v_clcap，s₁＝s₂＝s₃＝-1，s₄＝s₅＝s₆＝1；

4-2)按照公式(6)計算得到預測的各橋臂電壓的最大值v_{max_i}，i＝1～6；其中mod(a,b)為取模函數，其取值為使得a＝bn+c、n為整數且c∈[0,b)成立的c；

5)計算用于橋臂電壓平衡的內部環流參考值，并計算內部環流瞬時值指令：

5-1)按照公式(7)計算相間不平衡電壓v_coma、v_comb和三相的上下不平衡電壓v_difa、v_difb、v_difc；

vcoma=vmax_1+vmax_4-Σi=16vmax_i/3vcomb=vmax_2+vmax_5-Σi=16vmax_i/3vdifa=vmax_1-vmax_4vdifb=vmax_2-vmax_5vdifc=vmax_3-vmax_6---(7)]]>

5-2)將v_coma、v_comb、v_difa、v_difb、v_difc分別送入PI控制器生成平衡電流有效值指令I_coma、I_comb、I_difa、I_difb、I_difc并進行所需的限幅；

5-3)按照公式(8)計算內部環流瞬時值指令i_acir、i_bcir：

iaciribcir=2sinθuacos(θub-θuc)sin(θua-θuc)cosθuacos(θuc-θub)sin(θua-θub)cosθuacos(θua-θuc)sin(θub-θuc)cosθubsinθubcos(θuc-θua)sin(θub-θua)cosθubIdifaIdifbIdifc+-Icoma-Icomb---(8)]]>

將指令送至電流控制器產生所需的平衡電流。