[发明专利]级联H桥多电平变流器中各单元瞬时功率计算方法

说明书

本发明公开了一种级联H桥多电平变流器中各单元瞬时功率计算方法，包括以下步骤：步骤1：根据级联H桥变流器在最近电平逼近调制下各H桥单元交流侧电压正、反向投入时刻对应的电角度和各H桥单元直流侧电压，建立H桥单元交流侧电压关于时间的关系式；步骤2：通过傅立叶变换求解步骤1中交流电压等效正弦量的表达式；步骤3：将得到的H桥单元交流侧电压与流经各H桥单元电流关系式相乘获得H桥单元瞬时功率关于时间的表达式；步骤4：通过功率正比例分配关系求解各H桥单元的有功功率和无功功率。本发明方法信息采集量较少，各单元功率值计算准确度较高，算法实现简便，具有较强的通用性。

技术领域

本发明涉及大功率级联H桥多电平变流器的电能变换技术领域，具体涉及一种级联H桥多电平变流器中各单元瞬时功率计算方法。

背景技术

级联H桥多电平变流器由于能够输出任意电平电压波形和单元化结构，使得其在大功率交流-直流、直流-交流变换场合得到广泛应用。级联H桥多电平变流器调制方法主要有载波移相调制、空间电压矢量调制、最近电平逼近调制等。其中最近电平逼近调制通过调制电压和直流侧电压信息的取整运算实现阶梯波电压的输出，特别适用于级联单元数较多的应用场合，如高压直流输电领域，具有开关频率较低、算法实现简便的优点。

但是，由于最近电平逼近调制方法相比于其他调制方法的开关频率较低，每个H桥单元单元在一个基波周期中只进行一次正向和反向投入，并且各H桥单元正、反向投入时间不同且差异较大，使得各H桥单元交流侧等效交流电压差异较大。由于级联连接的电路拓扑结构，流经各H桥的电流相同，所以各H桥单元单元出现严重的功率不均衡。

功率在级联H桥多电平变流器各H桥单元单元间分配差异较大，开关状态切换速度较慢，这会导致各级联H桥单元的发热不均衡，不利于散热器的设计；同时，在输出功率较大的情况，各H桥单元的投切均相当于一个冲击负载，会引起中间直流电压的大幅波动，进而影响整个变流装置的控制性能。为了进一步改善级联H桥多电平变流器直流侧电能供给质量，为各H桥逆变单元提供所需功率，需要准确获得各H桥单元单元的功率信息。此功率信息为直流侧供电装置提供参考，有利于供电装置与级联H桥多电平变流器联合运行，进一步提升系统性能。

但是，现有技术缺少级联H桥多电平变流器工作于最近电平逼近调制方法下的各H桥单元单元功率计算方法。若采集各H桥单元单元交流侧电压和电流信息间接计算各单元单元功率，需要大量电压传感器，大大增加系统硬件成本，可靠性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种级联H桥多电平变流器中各单元瞬时功率计算方法，该方法信息采集量较少，各单元功率值计算准确度较高，算法实现简便，具有较强的通用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种级联H桥多电平变流器中各单元瞬时功率计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据级联H桥变流器在最近电平逼近调制下各H桥单元交流侧电压正、反向投入时刻对应的电角度和各H桥单元直流侧电压，建立H桥单元交流侧电压关于时间的关系式；

步骤2：通过傅立叶变换求解步骤1中交流电压等效正弦量的表达式；

步骤3：将得到的H桥单元交流侧电压与流经各H桥单元电流关系式相乘获得H桥单元瞬时功率关于时间的表达式；

步骤4：通过功率正比例分配关系求解各H桥单元的有功功率和无功功率。

进一步的，通过步骤2得到的表达式为：其中，v_i为基波交流量，V_i为第i个H桥单元交流侧电压的基波交流量幅值，V_DC为各级联H桥多电平变流器单元直流侧电压，α_i1和α_i2分别为第i个H桥单元正向投入的起止时刻。

进一步的，所述步骤3中瞬时功率的表达式为：