[发明专利]单相H桥级联型装置的直流电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术在电力系统中的应用技术领域，涉及单相H桥级联型装置的直流侧电压平衡控制方法。

背景技术

随着智能电网的发展，越来越多的高压大功率电力电子装置应用于电力系统中，推动着柔性交流输电技术的发展，而其中以H桥（由四个可关断器件及电容器组成的变流电路，如图1中的一个单元）级联拓扑为核心的多电平技术为现阶段低耐压水平的电力电子器件应用于高压大功率领域提供了强有力的支持。

直流侧电压平衡是单相H桥级联型装置能够安全、可靠运行的前提。否则，因电压不平衡引起的直流母线过压将导致电容器损坏、IGBT烧毁等严重故障，轻则装置停机，重则对电网安全稳定性造成严重影响。

直流电压不平衡主要是由于各H桥之间的有功功率差异引起的，常见于有功损耗，因各H桥单元的IGBT、电容器等器件参数不可能完全一致，因此其并联等效损耗不完全相同。基于这类因微小差异积累而引起的有功损耗变化是造成单相H桥级联型装置直流电压不平衡的主要原因。

中国发明专利CN1514525通过在直流侧附加硬件装置实现直流电压平衡，但这种方法成本费用较高；中国发明专利CN1933274、CN101599708和美国发明专利US6075350都提出了基于控制策略的电压平衡方法，但它们都是基于静止坐标系的控制方法，实现较为复杂。

基于d-q旋转坐标系的控制方法已广泛应用于PWM整流器，但很少见其用于单相系统，尤其是单相H桥级联型系统，而采用该旋转坐标系能够很好得实现网侧电流的无静差控制，同时，基于此坐标系的电压平衡控制实现简便，物理概念清晰，具有较高的工程应用价值。

发明内容

发明目的：针对上述存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于d-q旋转坐标系下单相H桥级联型装置的电压平衡控制方法，该方法不需要额外的硬件电路，同时控制结构简单，便于实现。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种单相H桥级联型装置在d-q坐标系下的电压平衡方法，包括如下步骤：1）电压均值控制；

2）前馈解耦电流控制；3）电压平衡控制。

1）电压均值控制

1.1）.采集各H桥直流侧电压，计算得到他们的平均值，并对得到的平均值作均值处理，以得到一个常数值

1.2）.将与指令电压均值进行比较后，经过比例积分(PI)调节器，得到指令有功电流值i_d^*；

2）前馈解耦电流控制，用于提供d-q轴控制电压

2.1）.构造网侧电压、电流的虚拟三相分量，并利用park变换形成两相d-q旋转坐标系下电压分量u_d、u_q，电流分量i_d、i_q；

2.2）.将i_d和i_q分别与指令值i_d^*和i_q^*比较后，经过比例积分(PI)调节器，得到d轴和q轴PI调节值u_PId和u_PIq；

2.3）.将u_d减去u_PId，再加上i_q乘以电网频率ω乘以并网电感L的积，得到d轴电压控制值公共分量

2.4）.将u_q减去u_PIq，再减去i_d乘以电网频率ω乘以并网电感L的积，得到q轴电压控制值公共分量

3）电压平衡控制，用于对已有d-q轴控制电压进行数值修正

3.1）将各H桥直流电压分别与电压均值作比较，并经过比例积分(PI)调节器，得到各H桥的d轴电压控制值平衡分量

3.2）将各H桥的d轴电压控制值公共分量和平衡分量进行数值相加后，得到其d轴实际电压控制值

有益效果：

(1)具体实现简单方便，无需配置额外复杂的功率平衡电路，只需一些低成本的信号传感器与数字芯片等；

(2)使得单相H桥级联型装置能够实现网侧电流无静差控制；

(3)电压平衡环节仅需PI调节器，结构简单，便于实现。

(4)该方法层次分明，物理概念清晰，具有较高的工程应用价值。

附图说明

图1单相H桥级联型装置的拓扑结构图；

图2装置在d-q旋转坐标系下的稳态通用矢量运行图；