[發明專利]級聯H橋多電平變流器中各單元瞬時功率計算方法

有效

• 申請號: 201710251597.0
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107040146B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 熊成林;刁飛;張笛;雷海;吳瑕杰;宋文勝;葛興來;馮曉云
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張輝

本發明公開了一種級聯H橋多電平變流器中各單元瞬時功率計算方法，包括以下步驟：步驟1：根據級聯H橋變流器在最近電平逼近調制下各H橋單元交流側電壓正、反向投入時刻對應的電角度和各H橋單元直流側電壓，建立H橋單元交流側電壓關于時間的關系式；步驟2：通過傅立葉變換求解步驟1中交流電壓等效正弦量的表達式；步驟3：將得到的H橋單元交流側電壓與流經各H橋單元電流關系式相乘獲得H橋單元瞬時功率關于時間的表達式；步驟4：通過功率正比例分配關系求解各H橋單元的有功功率和無功功率。本發明方法信息采集量較少，各單元功率值計算準確度較高，算法實現簡便，具有較強的通用性。

技術領域

本發明涉及大功率級聯H橋多電平變流器的電能變換技術領域，具體涉及一種級聯H橋多電平變流器中各單元瞬時功率計算方法。

背景技術

級聯H橋多電平變流器由于能夠輸出任意電平電壓波形和單元化結構，使得其在大功率交流-直流、直流-交流變換場合得到廣泛應用。級聯H橋多電平變流器調制方法主要有載波移相調制、空間電壓矢量調制、最近電平逼近調制等。其中最近電平逼近調制通過調制電壓和直流側電壓信息的取整運算實現階梯波電壓的輸出，特別適用于級聯單元數較多的應用場合，如高壓直流輸電領域，具有開關頻率較低、算法實現簡便的優點。

但是，由于最近電平逼近調制方法相比于其他調制方法的開關頻率較低，每個H橋單元單元在一個基波周期中只進行一次正向和反向投入，并且各H橋單元正、反向投入時間不同且差異較大，使得各H橋單元交流側等效交流電壓差異較大。由于級聯連接的電路拓撲結構，流經各H橋的電流相同，所以各H橋單元單元出現嚴重的功率不均衡。

功率在級聯H橋多電平變流器各H橋單元單元間分配差異較大，開關狀態切換速度較慢，這會導致各級聯H橋單元的發熱不均衡，不利于散熱器的設計；同時，在輸出功率較大的情況，各H橋單元的投切均相當于一個沖擊負載，會引起中間直流電壓的大幅波動，進而影響整個變流裝置的控制性能。為了進一步改善級聯H橋多電平變流器直流側電能供給質量，為各H橋逆變單元提供所需功率，需要準確獲得各H橋單元單元的功率信息。此功率信息為直流側供電裝置提供參考，有利于供電裝置與級聯H橋多電平變流器聯合運行，進一步提升系統性能。

但是，現有技術缺少級聯H橋多電平變流器工作于最近電平逼近調制方法下的各H橋單元單元功率計算方法。若采集各H橋單元單元交流側電壓和電流信息間接計算各單元單元功率，需要大量電壓傳感器，大大增加系統硬件成本，可靠性不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種級聯H橋多電平變流器中各單元瞬時功率計算方法，該方法信息采集量較少，各單元功率值計算準確度較高，算法實現簡便，具有較強的通用性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種級聯H橋多電平變流器中各單元瞬時功率計算方法，包括以下步驟：

步驟1：根據級聯H橋變流器在最近電平逼近調制下各H橋單元交流側電壓正、反向投入時刻對應的電角度和各H橋單元直流側電壓，建立H橋單元交流側電壓關于時間的關系式；

步驟2：通過傅立葉變換求解步驟1中交流電壓等效正弦量的表達式；

步驟3：將得到的H橋單元交流側電壓與流經各H橋單元電流關系式相乘獲得H橋單元瞬時功率關于時間的表達式；

步驟4：通過功率正比例分配關系求解各H橋單元的有功功率和無功功率。

進一步的，通過步驟2得到的表達式為：其中，v_i為基波交流量，V_i為第i個H橋單元交流側電壓的基波交流量幅值，V_DC為各級聯H橋多電平變流器單元直流側電壓，α_i1和α_i2分別為第i個H橋單元正向投入的起止時刻。

進一步的，所述步驟3中瞬時功率的表達式為：