一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動態(tài)切換方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子裝置的控制技術領域，特別涉及一種用于功率單元直流電壓 平衡控制的動態(tài)切換方法。
【背景技術】
[0002] 級聯(lián)式變換器由于其結構簡單、模塊化，在大功率、中高壓驅動系統(tǒng)中已得到廣泛 應用。近年來，隨著風力發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)容量日益增加，需要在這些系統(tǒng) 的并網(wǎng)處安裝能夠進行有功以及無功功率調節(jié)的電力電子裝置來解決其并網(wǎng)帶來的電能 質量問題。因此，把級聯(lián)式變換器拓撲應用于高壓、大容量功率調節(jié)系統(tǒng)的研究也日益廣 泛。
[0003] 但是，由于級聯(lián)式變換器各H橋單元直流側電容值以及并聯(lián)損耗不一致，在工作 時會導致級聯(lián)式功率調節(jié)裝置各直流側電壓不平衡，為了保證各H橋單元直流電壓平衡， 因此需要改變各H橋單元的輸入/出有功功率。改變各單元的輸入/出有功功率有兩種方 式，一種是硬件方法，即通過在功率單元直流母線上并聯(lián)均壓電阻，通過反饋控制算法對電 阻進行切換，從而保證功率單元直流電壓的平衡。另外一種方法是軟件方法，軟件方法是 通過改變各功率單元輸出電壓的大小來實現(xiàn)輸入有功功率的變化從而實現(xiàn)功率單元直流 電壓的平衡。改變電壓有兩種控制方法：1)只改變幅值，相角不變；2)只改變相角，幅值不 變；方法一通過改變幅值可以改變輸出電壓的大小，從而改變單元的輸入/出有功功率，方 法二通過改變相角可以改變輸出電壓與電流的夾角，從而改變單元的輸入/出有功功率。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動 態(tài)切換方法，通過同時改變電壓幅值及電壓相角優(yōu)化系統(tǒng)調節(jié)效果。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明技術方案如下： 一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動態(tài)切換方法，該方法包括以下各步驟： a) 通過電壓傳感器，獲取級聯(lián)式功率調節(jié)裝置每個H橋單元的直流側電壓，記為： ，其中，表不每一相的級聯(lián)數(shù)； b) 根據(jù)上述直流側電壓，利用濾波公式，濾除直流側電壓中20的紋波，得到濾除紋波 以后的直流偵Ij電壓…廠i&l…，其中，為電源電壓的電角度； c) 利用公式
求出三相直流側電壓1???!?-; d) 根據(jù)上述三相的直流側電壓，利用公式
，得到三 相直流側電壓的平均值％; e) 根據(jù)上述平均值％，利用公式
得到各功率單元直流側電壓與平均值的 差值 Δ ; Λ ?、，? ; f) 通過電流傳感器，分別獲取級聯(lián)式功率調節(jié)裝置的三相輸出電流，并通過 3S/2R坐標變換公式得到電流在d軸與q軸的分量_和L ; g) 根據(jù)上述d軸與q軸的分量&和I，利用公式F=呀得到電流角度_ ; h) 通過電壓傳感器，分別獲取級聯(lián)式功率調節(jié)裝置與電網(wǎng)連接點的三相電網(wǎng)電壓 利用數(shù)字鎖相環(huán)計算出電源電壓的電角度; i )根據(jù)上述得到的各功率單元直流電壓差值、電流角度，以及電源電壓的電角度濟， 利用公式
，得到所需的各功率單元調制電壓差值， 其中Z4為比例調節(jié)系數(shù)；將功率單元調制電壓差值注入到由級聯(lián)式功率調節(jié)裝置的有功 和無功解耦控制輸出的正序調制電壓中，實現(xiàn)對各功率單元直流電壓的 平衡控制。
[0006] 進一步的，在步驟i)中，1:要根據(jù)如下條件進行切換：首先根據(jù)采樣三相輸出電 流計算出電流有效值&如果三相電流大于系統(tǒng)額定輸出電流的 5%時，喫!祖_福;如果三相輸出電流丨小于系統(tǒng)額定輸出電流的5%且。大于〇 時，#二G ;如果三相電流小于系統(tǒng)額定輸出電流的5%且&小于0時，f =雙。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是： 1)在系統(tǒng)做動態(tài)無功以及有功的調節(jié)過程中，疊加的電壓指令角度是基于電流反饋的 角度進行實時計算得到的，從而保證在相同電壓幅值的基礎上，其調節(jié)結果為純有功分量， 保證系統(tǒng)的調節(jié)效果為最優(yōu)。
[0008] 2)在系統(tǒng)做空載運行或者是小電流運行時，系統(tǒng)電壓指令做動態(tài)切換，防止實際 電流諧波造成反饋電流角度計算不準確引起電壓指令突變的情況，從而引起單元直流母線 電壓控制不住的情況發(fā)生。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的電路結構圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明中涉及級聯(lián)式功率調節(jié)裝置的總控制框圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明的流程框圖。
[0012] 圖4為本發(fā)明中涉及級聯(lián)式功率調節(jié)裝置的單元直流電壓控制框圖。
[0013] 圖5為對圖1所示的電路進行有功調節(jié)時，利用本發(fā)明得到的級聯(lián)式功率調節(jié)裝 置單元直流側電壓的仿真曲線。
[0014] 圖6為對圖1所示的電路進行無功調節(jié)時，利用本發(fā)明得到的級聯(lián)式功率調節(jié)裝 置單元直流側電壓的仿真曲線。
[0015] 圖7為對圖1所示的電路進行動態(tài)無功調節(jié)時，利用本發(fā)明平衡方法得到的鏈式 功率調節(jié)裝置單元直流側電壓的仿真曲線。
【具體實施方式】
[0016] 以下結合附圖對本發(fā)明的一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動態(tài)切換方法 進一步描述。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明的電路結構圖提供了一種用于中壓電力系統(tǒng)混合功率調節(jié)的 電能裝置，它采用級聯(lián)多個單相全橋逆變單元的方式實現(xiàn)中壓并網(wǎng)，利用每個單元直流母 線上的大電容對無功功率和瞬時變化的有功功率進行調節(jié)，利用每個單元直流母線上的電 池組單元對緩慢變化的有功功率進行調節(jié)；將有功功率調節(jié)和無功功率調節(jié)的功能集于一 身，具有較強的動態(tài)調節(jié)能力，運行中無諧波輸出，并且無需并網(wǎng)變壓器、占地面積小、維護 簡單。
[0018] 本發(fā)明采用的調控方法是，在常規(guī)的軟件方法的基礎之上，同時改變電壓幅值及 電壓相角。如圖2本發(fā)明中涉及級聯(lián)式功率調節(jié)裝置的總控制框圖所示，該單元直流電壓 平衡控制的思想是：在上層控制的基礎上，各H橋單元在調制電壓中疊加一個與電流方向 一致的電壓矢量來改變各H橋單元吸收或者釋放的有功功率，從而保證直流側電壓的平 衡。下面給出具體的控制方法： 以U相為例，設
(1) 其中，帽表示U相直流側電壓的平均值，'表示U相第N個H橋單元的直流側電壓 值。設
其中名，表示比例調節(jié)系數(shù)，由
，可得U相第N個H橋單元吸收或者釋放的差值功率為
(2) 即：當?shù)贜個H橋單元直流側電壓值低于平均值時AP > G，H橋單元吸收有功功率；當 第N個H橋單元直流側電壓值高于平均值時，H橋單元釋放有功功率；從而保證一相 中的N個H橋單元直流側電壓平衡。其次，由于
因此單元直流側電壓平衡控制不會影響總的功率控制和三相直流母線電壓平衡控制，單元 直流側電壓平衡控制框圖如圖4所示。
[0019] 若不反饋電流角度，那么所加單元輸出電壓與電流總存在一個角度芯，此時U相 第N個H橋單元吸收或者釋放的差值功率為
(3) 由式2與3比較可知，即通過反饋電流角度所傳遞的功率大于不反饋電流角 度傳遞的功率。
[0020] 當系統(tǒng)做無功調節(jié)時，容性無功調節(jié)指定上述角度求:為女::/2:.，感性無功調節(jié)指定 上述角度為-??7 2 ;當系統(tǒng)做有功調節(jié)時，系統(tǒng)存儲有功指定上述角度:T為0，釋放有功指 定上述角度為滿:，以保證所加電壓與電流同相位，從而使得所加差值功率Af'為純有功分 量。
[0021] 由于該系統(tǒng)要瞬時進行無功以及有功的調節(jié)，由于電流角度在瞬時變化，因此該 角度要實時通過電流采樣值進行實時計算，因此本專利的方法是通過反饋電流角度，來使 得所加電壓與電流同相位，從