[发明专利]基于峰值预测的模块化多电平换流器桥臂间电压平衡方法

摘要

本发明公开了一种基于峰值预测的模块化多电平换流器的桥臂间电压平衡方法，属于电力电子装置控制技术领域。该方法包括通过采集换流器当前运行工况的数据来计算连接电抗阀侧的等效电压和桥臂电压出现最大值时的相位，并预测各桥臂电压波动的最大值，再根据预测的最大值分别计算出相间平衡电流和各相上下桥臂平衡电流的有效值；之后根据阀侧等效电压的基波相位和提出的公式对相间平衡电流和各相上下桥臂平衡电流进行坐标变换，得到形式为换流器内部环流的平衡电流瞬时值指令。本发明的方法可以提升桥臂电压平衡控制器的响应速度，同时可以实现对波动峰值的直接控制、能更好的防止电容过压；同时对换流器的外特性不会产生影响。

主权项

一种基于峰值预测的模块化多电平换流器的桥臂间电压平衡方法，该模块化多电平换流器为半桥子模块型的模块化多电平换流器，其特征在于，该方法循环执行1)～5)的步骤：1)采集和获取控制所需要的数据，包括：1‑1)采集换流器交流端口三相电压瞬时值va、vb、vc、直流端口电压vdc、桥臂电压vaucap、valcap、vbucap、vblcap、vcucap、vclcap；1‑2)从锁相环获取当前d轴位置wt；1‑3)从交流端口控制器获取d轴电流和q轴电流参考值id_r、iq_r；1‑4)获取换流器桥臂等效电容Ceq和换流器等效连接电抗Xeq，满足公式(1)，其中Csbm为子模块电容，N为每桥臂子模块数，Larm为桥臂电感，f为交流系统频率；Ceq=Csbm/NXeq=πfLarm---(1)]]>2)计算连接电抗阀侧等效三相电压的幅值和相位：2‑1)对步骤1)中采集的三相电压瞬时值va、vb、vc进行dq变换得到vd、vq；2‑2)按照公式(2)计算连接电抗阀侧等效d轴电压vd1和q轴电压vq1；vd1=vd+Xeqiq_rvq1=vq-Xeqid_r---(2)]]>2‑3)对vd1和vq1进行dq反变换得到连接电抗阀侧等效三相电压瞬时值va1、vb1、vc1；2‑4)对一个工频周期内的va1、vb1、vc1形成的序列进行傅里叶变换得到阀侧等效三相电压的幅值Umaga、Umagb、Umagc和相位θua、θub、θuc；3)计算各桥臂电压出现最大值时的相位：3‑1)按照公式(3)计算三相电流当前相位θia、θib、θic和交流电流幅值Iacp，其中arctan2为四象限反正切函数；3‑2)按照公式(4)计算各相的稳态直流电流分量Idca、Idcb、Idcc；Idca=-UmagaIacpcos(θia-θua)2vdcIdcb=-UmagbIacpcos(θib-θub)2vdcIdcc=-UmagcIacpcos(θic-θuc)2vdc---(4)]]>3‑3)按照公式(5)计算各桥臂电流的过零点相位θczp_i,i＝1～6；其中下标1～6分别表示A相上桥臂、B相上桥臂、C相上桥臂、A相下桥臂、B相下桥臂、C相下桥臂；θczp_1=arcsin(2Idca/Iacp)θczp_2=arcsin(2Idcb/Iacp)θczp_3=arcsin(2Idcc/Iacp)θczp_4=-arcsin(2Idca/Iacp)θczp_5=-arcsin(2Idcb/Iacp)θczp_6=-arcsin(2Idcc/Iacp)---(5)]]>3‑4)若cos(θczp_i)>0,i＝1～3或者cos(θczp_i)<0,i＝4～6，则将对应的θczp_i修改为180°‑θczp_i，这一处理后的θczp_i即为各桥臂电压出现最大值时的相位；4)计算预测的各桥臂电压的最大值：4‑1)记θ1＝θia‑θua、θ2＝θib‑θub、θ3＝θic‑θuc、θ4＝θia‑θua、θ5＝θib‑θub、θ6＝θic‑θuc，Uac_1＝Umaga、Uac_2＝Umagb、Uac_3＝Umagc、Uac_4＝Umaga、Uac_5＝Umagb、Uac_6＝Umagc，Idc_1＝Idca、Idc_2＝Idcb、Idc_3＝Idcc、Idc_4＝Idca、Idc_5＝Idcb、Idc_6＝Idcc，θu_1＝θua、θu_2＝θub、θu_3＝θuc、θu_4＝θua、θu_5＝θub、θu_6＝θuc，varm_1＝vaucap、varm_2＝vbucap、varm_3＝vcucap、varm_4＝valcap、varm_5＝vblcap、varm_6＝vclcap，s1＝s2＝s3＝‑1，s4＝s5＝s6＝1；4‑2)按照公式(6)计算得到预测的各桥臂电压的最大值vmax_i，i＝1～6；其中mod(a,b)为取模函数，其取值为使得a＝bn+c、n为整数且c∈[0,b)成立的c；5)计算用于桥臂电压平衡的内部环流参考值，并计算内部环流瞬时值指令：5‑1)按照公式(7)计算相间不平衡电压vcoma、vcomb和三相的上下不平衡电压vdifa、vdifb、vdifc；vcoma=vmax_1+vmax_4-Σi=16vmax_i/3vcomb=vmax_2+vmax_5-Σi=16vmax_i/3vdifa=vmax_1-vmax_4vdifb=vmax_2-vmax_5vdifc=vmax_3-vmax_6---(7)]]>5‑2)将vcoma、vcomb、vdifa、vdifb、vdifc分别送入PI控制器生成平衡电流有效值指令Icoma、Icomb、Idifa、Idifb、Idifc并进行所需的限幅；5‑3)按照公式(8)计算内部环流瞬时值指令iacir、ibcir：iaciribcir=2sinθuacos(θub-θuc)sin(θua-θuc)cosθuacos(θuc-θub)sin(θua-θub)cosθuacos(θua-θuc)sin(θub-θuc)cosθubsinθubcos(θuc-θua)sin(θub-θua)cosθubIdifaIdifbIdifc+-Icoma-Icomb---(8)]]>将指令送至电流控制器产生所需的平衡电流。