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专利号: 2017107531999
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种级联H桥多电平变换器的控制方法,其特征在于,所述一种级联H桥多电平变换器,包括:两根无源直流母线和三相结构相同的变换电路;变换电路包括n个级联且结构相同的逆变器模块,n为正整数,其值等于并网电压除以每个H桥单元输出电压设计值的倍数;

逆变器模块包括:光伏子模块和H桥单元,其中,光伏子模块为一个三端口交错并联Boost LLC直流变换器,由两相交错并联的Boost变换器与全桥LLC谐振变换器通过共用全桥开关单元组成;光伏子模块原边侧两个输入端口中,一个输入端口与太阳能光伏发电模块的输出端相连,另一个输入端口跨接在两根无源直流母线上;光伏子模块的输出端口与H桥单元的输入端口相连;每个变换电路中,n个H桥单元输出端口级联形成每一相变换电路的输出端口;

该方法通过电压环和电流环控制所述级联H桥多电平变换器的三相输出电压和三相输出电流,包括步骤:(1)采集所述级联H桥多电平变换器的三相输出电压vsa、vsb、vsc、三相输出电流isa、isb、isc和直流母线电压vLV;其中,vsa、isa分别为所述级联H桥多电平变换器A相上的输出电压、电流,vsb、isb分别为所述级联H桥多电平变换器B相上的输出电压、电流,vsc、isc分别为所述级联H桥多电平变换器C相上的输出电压、电流;

(2)将采样所得的级联H桥多电平变换器的三相输出电压vsa、vsb、vsc和三相输出电流isa、isb、isc进行PARK变换,得到两相同步旋转坐标系下的电压vsd、vsq和电流id、ia;

(3)定义 为相电压的目标值,将 与vLV的差值输入电压环比例积分控制器Kvd,电压环比例积分控制器Kvd的输出即为两相同步旋转坐标系d轴电流目标值id*;

将id*与id的差值输入电流环比例积分控制器Kid,得到两相同步旋转坐标系d轴电压修正值Δvd;

计算两相同步旋转坐标系d轴电压目标值 为:

式中,ω为并网电压角频率,Ls为滤波电感;

(4)定义iq*为两相同步旋转坐标系q轴电流目标值,将iq*与iq的差值输入电流环比例积分控制器Kiq,得到两相同步旋转坐标系q轴电压修正值Δvq;

计算两相同步旋转坐标系q轴电压目标值 为

(5)将 和 进行PARK逆变换,得到三相坐标系下的电压 对 进行

PWM相移调制,得到电压PWM调制波;将电压PWM调制波作为H桥单元中开关管的开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种级联H桥多电平变换器的控制方法,其特征在于,该方法用占空比D和开关频率Freq作为控制变量来调节光伏发电模块输出电压和各H桥单元的输入直流电压,步骤为:

1)采集太阳能光伏发电模块的输出电压vPV和输出电流iPV,根据vPV和iPV,采用最大功率点跟踪算法生成光伏发电模块输出电压的目标值

2)将 与vPV的差值输入电压环比例积分控制器Kvdc,得到修正电流值ΔiPV;

3)将ΔiPV与iPV的差值输入电流环调节占空比比例积分控制器Kidc,再将Kidc的输出信号除以相电压VLv,得到占空比修正信号ΔD;

4)计算占空比目标值D*为:D*=D-ΔD,式中,D表示开关管Q1的占空比;

5)将 与vPV的差值输入开关频率比例积分控制器,得到开关频率修正信号ΔF;计算开关频率目标值 为: 式中,Freq为光伏子模块中开关管的开关频率;

6)对D*和 进行调制,得到电压PWM调制波;将电压PWM调制波作为光伏子模块中开关管的开关控制信号。

3.根据权利要求2所述的一种级联H桥多电平变换器的控制方法,其特征在于,所述光伏子模块包括:稳压电容CPV、输入电感Ldc1、Ldc2、四个MOSFET开关管Q1~Q4、谐振电感Lr、谐振电容Cr、隔离变压器T、四个二极管D1~D4;

四个MOSFET开关管Q1~Q4组成全桥开关电路,Q1和Q2串联形成全桥开关电路的一条桥臂,Q3和Q4串联形成全桥开关电路的另一条桥臂,Q1、Q3分别为对应桥臂的上管,Q2、Q4分别为对应桥臂的下管,两条桥臂跨接在两根无源直流母线之间;

Lr、Ldc1、Ldc2、Cr依次串联形成串联支路,串联支路两端与隔离变压器T的原边输入端相连,Lm为隔离变压器T的漏感;Lr和Ldc1的连接点与Q1和Q2的连接点相连,Ldc2和Cr的连接点与Q3和Q4的连接点相连;CPV跨接在太阳能光伏发电模块的输出端,同时,CPV的上极板与Ldc1和Ldc2的连接点相连,下极板与全桥开关电路两桥臂下端相连;

四个二极管D1~D4形成整流电路,整流电路的输入端与隔离变压器T的副边输出端相连。

4.根据权利要求3所述的一种级联H桥多电平变换器的控制方法,其特征在于,所述四个MOSFET开关管Q1~Q4两端均并联防反流二极管和隔直电容。

5.根据权利要求4所述的一种级联H桥多电平变换器的控制方法,其特征在于,所述H桥单元包括HVS稳压电容CHV和由四个IGBT开关管S1~S4构成的逆变电路,HVS稳压电容CHV并联在逆变电路输入端口两端。

6.根据权利要求5所述的一种级联H桥多电平变换器的控制方法,其特征在于,所述变换电路的输出端口串联滤波电感Ls,变换电路通过滤波电感Ls接入电网或负载。