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CN1913321A - 三电平变流器直流电压平衡控制方法 - Google Patents

三电平变流器直流电压平衡控制方法 Download PDF

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CN1913321A
CN1913321A CN 200610109296 CN200610109296A CN1913321A CN 1913321 A CN1913321 A CN 1913321A CN 200610109296 CN200610109296 CN 200610109296 CN 200610109296 A CN200610109296 A CN 200610109296A CN 1913321 A CN1913321 A CN 1913321A
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CN
China
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voltage
current transformer
control method
signal
current
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CN 200610109296
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赖宇翔
李刚
张春朋
姜齐荣
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Beijing Sifang Qingneng Electric & Electronic Co Ltd
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Beijing Sifang Qingneng Electric & Electronic Co Ltd
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Abstract

一种三电平变流器直流电压平衡控制方法，包括步骤：实时测量变流器电压u(t)和电流i(t)以及上下直流电容Vdc1和Vdc2的电压信号；根据检测信号应用公式计算获得脉冲调整信号S；根据获得的脉冲调整信号S，对控制系统生成的换流器控制脉冲进行脉冲转换，通过对S函数的过零判断，调整有功电流流向，影响直流电容的充放电过程。

Description

三电平变流器直流电压平衡控制方法
技术领域
本技术属于电力系统柔性输配电、电力电子和用户电力技术领域。
背景技术
三电平变流器是电力电子设备采用的一种主电路结构，相对于简单的两电平变流器，其优点是变流器耐压等级提高，器件电压利用率高，输出谐波特性好等。
但是，其直流侧拥有两个电容器组，在实际应用中，由于以下种种原因：
(1)器件参数的精度误差；
(2)电路结构(参数)的不对称性；
(3)采样环节的精度误差和延时；
(4)离散化的理论误差；
(5)计算环节的精度误差和延时；
时常会造成两组直流电容器组电压的不平衡，导致器件耐压不均，严重时将危急装置运行安全。
目前一般的做法是采用直流电压的不平衡保护策略，但是并没有通过主动调节来干预直流电压的不平衡。
发明内容
本发明用于解决三电平变流器经常出现的直流电压不平衡问题，通过对触发脉冲进行主动调节，使得两个电压的幅值达到平衡，使装置能够更加安全、稳定运行。
根据本发明，公开了一种三电平交流器直流电压平衡控制方法，包括步骤：
(1)实时测量变流器电压u(t)和电流i(t)以及上下直流电容Vdc1和Vdc2的电压信号；
(2)根据检测信号应用公式(1)计算获得脉冲调整信号S；
S＝(Vdc1-Vdc2)·i(t)·u(t)                                 (1)
(3)根据获得的脉冲调整信号S，对控制系统生成的换流器控制脉冲进行脉冲转换，通过对S函数的过零判断，调整有功电流流向，影响直流电容的冲放电过程。
根据本发明的一个方面，其中上述的步骤(3)应用公式(2)进行转换：
Figure A20061010929600041
其中，I1和I2分别为主电路两个桥臂的开关器件控制信号，左桥臂交流输出为正方向。
根据本发明，进一步包括，经步骤(1)-(3)后，单相三电平变流器输出的电压满足公式(3)：
uout＝(I1+I2)uorigin                                 (3)
其中uout脉冲转换后变流器输出电压，uorigin为脉冲转换前变流器输出电压。
根据本发明的另一个方面，其中用滞环比较器来代替S函数的过零判断。
附图说明
图1是三电平变流器典型主电路结构原理图
图2是本发明原理示意图
图3(a)-(b)是三电平变流器实际应用装置使用本发明所述算法前后的直流电压对比效果图。
具体实施方式
图1是三电平变流器典型主电路结构原理图，其中u(t)和i(t)是左桥臂交流端口的电压和电流(方向以左桥臂为正)，通过测量交流器的电压u(t)和电流i(t)可获得功率信号值，Vdc1和Vdc2分别为上下直流电容的电压信号。
图2是本发明原理方框图。
本发明属于一种方法，具体技术方案的实施步骤如下：
(1)实时测量功率信号(变流器电压和电流)以及上下直流电容的电压信号。
(2)根据检测信号计算脉冲调整信号S(参见图2)。
定义脉冲转换信号如公式(1)：
S＝(Vdc1-Vdc2)·i(t)·u(t)                                (1)
(3)根据获得的脉冲调整信号S，对控制系统生成的换流器控制脉冲进行脉冲转换，通过对S函数的过零判断，调整有功电流流向，影响直流电容的冲放电过程。
其中：I1和I2分别为主电路两个桥臂的开关器件控制信号(开关信号)；左桥臂交流输出为正方向；其中：
(a)当I1＝1时，T11和T12导通，或者其反并联的续流二极管导通；当I2＝1时，T21和T22导通，或者其反并联的续流二极管导通；输出相电压+uC；
(b)当I1＝0时，T12或T13通过嵌位二极管导通；当I2＝0时，T22或T23通过嵌位二极管导通；输出相电压0；
(c)当I1＝-1时，T13和T14导通，或者其反并联的续流二极管导通；当I2＝-1时，T23和T24导通，或者其反并联的续流二极管导通；输出相电压-uC。
对于单相三电平变流器，只有当开关信号(I1，I2)取为(1，0)、(0，-1)、(0，1)、或(-1，0)四种模式之一的时候，其中点电位才会产生波动，从而引起直流电压的不平衡。
根据步骤(2)所计算获得的脉冲调整信号S，对控制脉冲进行小矢量旋转转换，转换方式依据公式(2)：
Figure A20061010929600051
由公式(2)可知，公式的主要判断条件之一是S＞0或S＜0，而由S的生成可知，S是一个瞬时交流量，通过对S函数的过零判断，调整有功电流流向，影响直流电容的冲放电过程。经过上述步骤后，单相三电平变流器输出的电压满足公式(3)：
uout＝(I1+I2)uorigin                                (3)
其中uout脉冲转换后变流器输出电压，uorigin为脉冲转换前变流器输出电压；
依公式(2)可知，通过控制脉冲的小矢量旋转，变流器的输出电压不会产生变化。通过上述转换，调整了有功电流的方向，从而干涉电容电压的充放电过程，达到电压平衡控制的目的。
在实际应用时，采用了滞环比较器来代替S函数的过零判断，有效的防止了小矢量的频繁切换，避免了IGBT开关频率的异常调整。
优点与效果
本发明是依据实际工业应用中出现的问题，创造出的具有很强实际意义的控制技术方案，可以解决三电平变流器普遍存在的直流电压不平衡问题，并且在实际应用中取得了良好的应用效果，通过图3(a)-(b)三电平变流器实际应用装置使用本发明所述算法前后的直流电压对比效果图可以看出，经本发明的控制方法后，两组直流电容器组的电压的幅值达到平衡，使装置能够更加安全、稳定运行。

Claims (4)

1、一种三电平交流器直流电压平衡控制方法，包括步骤：
(1)实时测量变流器电压u(t)和电流i(t)以及上下直流电容Vdc1和Vdc2的电压信号；
(2)根据检测信号应用公式(1)计算获得脉冲调整信号S；
 S＝(Vdc1-Vdc2)·i(t)·u(t)                        (1)
(3)根据获得的脉冲调整信号S，对控制系统生成的换流器控制脉冲进行脉冲转换，通过对S函数的过零判断，调整有功电流流向，影响直流电容的冲放电过程。
2、如权利要求1的控制方法，其中步骤(3)应用公式(2)进行转换：
Figure A2006101092960002C1
其中，I1和I2分别为主电路两个桥臂的开关器件控制信号，左桥臂交流输出为正方向。
3、如权利要求1的控制方法，进一步包括，经步骤(1)-(3)后，单相三电平变流器输出的电压满足公式(3)：
uout＝(I1+I2)uorigin                               (3)
其中uout脉冲转换后变流器输出电压，uorigin为脉冲转换前变流器输出电压。
4、如权利要求1-3的控制方法，其中用滞环比较器来代替S函数的过零判断。
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