[發明專利]一種適用于級聯型三相中壓配電電力電子系統的二次諧波控制方法

在審

• 申請號: 202211541201.3
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN115800702A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 陳敏;羅小雷;徐德鴻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/14
• 分類號: H02M1/14;H02M3/335;H02M7/219;H02M3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種適用于級聯型三相中壓配電電力電子系統的二次諧波控制方法，該系統由一個級聯變換器和多個隔離LLC變換器組成。針對后級LLC變換器傳輸紋波功率時電流應力大的問題，通過在級聯H橋變換器占空比調制信號中疊加一定比例的三次諧波分量，使得每一相輸入瞬時功率峰值減小25％，從而減小后級LLC變換器的電流應力。通過隔離LLC變換器對母線電壓進行閉環控制，使得當電路參數與設計值存在一定誤差時仍能保持母線電壓平衡，在此基礎上增加二次諧波抑制模塊和四次諧波抑制模塊，減小級聯單元后級LLC變換器對二次諧波和四次諧波的阻抗，便于紋波功率充分傳輸到輸出側，由三相并聯實現功率紋波分量疊加抵消，顯著減小直流側所需的濾波電容。

技術領域

本發明涉及中壓配電電力電子變換器技術領域，尤其涉及一種由單相級聯變換器構成的三相配電電力電子系統的控制方法。

背景技術

級聯型三相中壓配電電力電子系統是一種熱門的直流型負荷配電系統，通常由兩級式低壓級聯單元構成。級聯單元前級為H橋變換器，后級為隔離DC/DC變換器。多個低壓級聯單元輸入串聯、輸出并聯，形成一個單相中壓變換器，進而由三個單相中壓變換器以三相星形連接的方式組成三相系統接入中壓電網。該方案存在一定的局限性，即每個低壓級聯單元實際上是單相變換器，其功率是以二倍頻紋波功率的形式輸入，而直流型負荷吸收的是恒定的直流功率。由于輸入輸出瞬時功率的不匹配，級聯單元直流側通常需要用很大的電解電容來吸收二倍頻紋波功率，以維持直流電壓穩定。而電解電容體積較大，不利于提高級聯單元的功率密度，此外電解電容壽命較短，影響變換器的可靠性。

為了減小級聯單元直流側所需的電容，提高電力電子變換器的功率密度和可靠性，需要對輸入的二倍頻紋波功率進行處理。有源功率解耦(Active Power Decoupling,APD)是一種典型的低頻紋波功率處理方法，通過增加額外的開關器件和解耦電容，將紋波功率轉移到非直流輸出端口(An Overview of Capacitive DC-Links-TopologyDerivation and Scalability Analysis,IEEE Transactions on Power Electronics,vol.35,no.2,pp.1805-1829,2020)。該方法能夠有效減小變換器所需的濾波電容，但是所需的解耦支路會增加成本，并且增加的開關管會增加變換器損耗。對于級聯型三相中壓電力電子變換器，還有一種解決思路是利用三相變換器的特點，在不增加硬件電路的情況下，僅通過控制的方式來處理二倍頻紋波功率，其基本思路在于讓每一相輸入的功率同步傳輸至輸出側，通過疊加使得紋波分量相互抵消，而實現的關鍵在于讓級聯單元后級隔離DC/DC變換器傳輸二倍頻紋波功率。現有的控制方法基本能夠分為兩類：