[发明专利]一种级联多电平中间包电磁加热电源综合控制方法

摘要

本发明公开了一种级联多电平中间包电磁加热电源及其综合控制方法，所述级联多电平中间包电磁加热电源为级联型全桥多电平模块化结构，其综合控制方法的实现包括以下步骤：将三相电网电压，输入电流与环流分别变换到两相静止坐标系和三相止坐标系下，采用无差拍控制输入电流和环流；桥臂内部的电容电压采用平衡控制策略，选取上下桥臂模块电容电压在水平方向上的平方和、平方差和垂直方向上的电压偏差平方作为电压控制量来获取三相αβ0静止坐标系下不平衡的功率，进而通过控制桥臂能量来平衡模块电压。本发明实现了输入输出电流的快速跟踪控制，提高了控制效率，满足了感应加热电源能量平衡与大电流快速变换的要求。

主权项

1.一种级联多电平中间包电磁加热电源综合控制方法，级联多电平中间包电磁加热电源包括级联多电平结构和与所述级联多电平结构并联的中间包电磁加热电源；所述级联多电平结构每一相均由上、下两个桥臂串联组成；上、下桥臂均包括多个级联的子模块；其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立如下方程： u s a u s a u s b u s b u s c u s c = L d d t i u p a - i d n a i u p b - i d n b i u p c - i d n c + - u u p a u d n a - u u p b u d n b - u u p c u d n c + 1 2 u o - u o u o - u o u o - u o ]]> i s a i z a i s b i z b i s c i z c = i u p a i u p a / 2 i u p b i u p b / 2 i u p c i u p c / 2 + - i d n a i d n a / 2 - i d n b i d n b / 2 - i d n c i d n c / 2 ]]>其中usa,usb,usc分别为三相交流输入电压；uo为单相交流输出电压；uupx和udnx分别为x相上、下桥臂的输出电压，x＝a,b,c；iupx，idnx分别为x相上、下桥臂电流；izx为x相上、下桥臂环流；isx为x相输入电流；io为输出负载电流；L和C分别为上、下桥臂电抗值和子模块电容容值；对上述两式简化后得到中间包电磁加热电源交流回路与环流回路的等效模型；2)根据步骤1)所得到的等效模型，将三相交流输入电压、输入电流变换到两相αβ静止坐标系下，将三相环流变换到三相αβ0静止坐标系下，采用无差拍控制方法得到三相交流输入电压、环流与输入电流的差模输出电压参考值，并将该差模输出电压参考值作为控制输入电流和环流的控制量；三相交流输入电压、环流与输入电流在两相αβ静止坐标系和三相αβ0静止坐标系的微分方程如下： L d d t i s α i s β = 2 u s α u s β - 2 u i n v α u i n v β ; ]]> d d t Li z α Li z β L e q i z 0 = 1 2 u z α u z β u z 0 - 3 R L 2 0 0 i z 0 ; ]]>其中，isα，isβ为三相电网电流在两相αβ静止坐标系下的值；usα，usβ为三相电网电压在两相αβ静止坐标系下的值，uinvα和uinvβ为输入电流的共模输出电压在两相αβ静止坐标系下的值，izα，izβ，iz0为三相环流电流在三相αβ0静止坐标系下的值；uzα，uzβ和uz0为环流的共模输出电压在三相αβ0静止坐标系下的值，L，RL和Leq分别为桥臂电感、电阻和考虑负载电抗的单相环流等效阻抗；3)构造上、下桥臂的平均电压，水平方向上的电压平方和与平方差，垂直方向上的电压偏差的共模部分，如下： u c u p x 2 ( k ) + u c d n x 2 ( k ) = 2 u c h o r x 2 ( k ) u c u p x 2 ( k ) - u c d n x 2 ( k ) = 2 u c v e r x 2 ( k ) ; ]]> u c v e r x 0 2 ( k ) = u c v e r a 2 ( k ) + u c v e r b 2 ( k ) + u c v e r c 2 ( k ) ; ]]>和分别是第k个控制周期时，x相上桥臂电压总和的平方及下桥臂电压总和的平方；和分别为第k个控制周期x相上桥臂与下桥臂电压的平方和及平方差；为垂直方向电压偏差平方的共模量，和分别为第k个控制周期a、b、c三相在垂直方向上电压偏差的平方；4)建立基于步骤3)得到的垂直方向电压偏差平方的共模量和水平方向的电压平方和的电压平衡闭环传递函数，由闭环传递函数和劳思-赫尔维茨稳定判据，选择合适的PI控制器以保证系统的稳定，进而获得不同控制目标的不平衡能量。