[发明专利]一种适用于级联型三相中压配电电力电子系统的二次谐波控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于级联型三相中压配电电力电子系统的二次谐波控制方法，该系统由一个级联变换器和多个隔离LLC变换器组成。针对后级LLC变换器传输纹波功率时电流应力大的问题，通过在级联H桥变换器占空比调制信号中叠加一定比例的三次谐波分量，使得每一相输入瞬时功率峰值减小25％，从而减小后级LLC变换器的电流应力。通过隔离LLC变换器对母线电压进行闭环控制，使得当电路参数与设计值存在一定误差时仍能保持母线电压平衡，在此基础上增加二次谐波抑制模块和四次谐波抑制模块，减小级联单元后级LLC变换器对二次谐波和四次谐波的阻抗，便于纹波功率充分传输到输出侧，由三相并联实现功率纹波分量叠加抵消，显著减小直流侧所需的滤波电容。

技术领域

本发明涉及中压配电电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种由单相级联变换器构成的三相配电电力电子系统的控制方法。

背景技术

级联型三相中压配电电力电子系统是一种热门的直流型负荷配电系统，通常由两级式低压级联单元构成。级联单元前级为H桥变换器，后级为隔离DC/DC变换器。多个低压级联单元输入串联、输出并联，形成一个单相中压变换器，进而由三个单相中压变换器以三相星形连接的方式组成三相系统接入中压电网。该方案存在一定的局限性，即每个低压级联单元实际上是单相变换器，其功率是以二倍频纹波功率的形式输入，而直流型负荷吸收的是恒定的直流功率。由于输入输出瞬时功率的不匹配，级联单元直流侧通常需要用很大的电解电容来吸收二倍频纹波功率，以维持直流电压稳定。而电解电容体积较大，不利于提高级联单元的功率密度，此外电解电容寿命较短，影响变换器的可靠性。

为了减小级联单元直流侧所需的电容，提高电力电子变换器的功率密度和可靠性，需要对输入的二倍频纹波功率进行处理。有源功率解耦(Active Power Decoupling,APD)是一种典型的低频纹波功率处理方法，通过增加额外的开关器件和解耦电容，将纹波功率转移到非直流输出端口(An Overview of Capacitive DC-Links-TopologyDerivation and Scalability Analysis,IEEE Transactions on Power Electronics,vol.35,no.2,pp.1805-1829,2020)。该方法能够有效减小变换器所需的滤波电容，但是所需的解耦支路会增加成本，并且增加的开关管会增加变换器损耗。对于级联型三相中压电力电子变换器，还有一种解决思路是利用三相变换器的特点，在不增加硬件电路的情况下，仅通过控制的方式来处理二倍频纹波功率，其基本思路在于让每一相输入的功率同步传输至输出侧，通过叠加使得纹波分量相互抵消，而实现的关键在于让级联单元后级隔离DC/DC变换器传输二倍频纹波功率。现有的控制方法基本能够分为两类：