一種級(jí)聯(lián)型變流器載波頻率優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種級(jí)聯(lián)型變流器載波頻率優(yōu)化方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] H橋級(jí)聯(lián)型變流器是中高壓大功率電力電子裝置的主要拓?fù)渲?，典型?yīng)用有：中 高壓靜止無(wú)功發(fā)生器（Static Var Generator,SVG)，有源電力濾波器（Active power filte;r，APF)W及變頻器(Variable-打equency D;rive，VFD)等。載波移相調(diào)制是H橋級(jí)聯(lián)型 變流器使用最廣泛的調(diào)制方式。由于H橋級(jí)聯(lián)型變流器各個(gè)單元的直流側(cè)電氣獨(dú)立，直流電 壓(直壓）不均衡問(wèn)題是H橋級(jí)聯(lián)型變流器的應(yīng)用和研究過(guò)程中普遍存在也亟待解決的問(wèn) 題。
[0003] 針對(duì)直壓不均衡問(wèn)題，目前主要的解決方法是獨(dú)立調(diào)整各單元調(diào)制波，實(shí)現(xiàn)對(duì)直 壓不平衡的補(bǔ)償。運(yùn)種均壓控制方法將任何原因的直壓不平衡問(wèn)題都統(tǒng)一對(duì)待，并用基波 有功功率來(lái)補(bǔ)償，會(huì)導(dǎo)致各單元調(diào)制波的差異，使得輸出諧波特性變差。而且當(dāng)基波電流輸 出減小時(shí)，上述均壓方法的均壓能力減弱甚至消失，從而引起直流側(cè)電壓發(fā)散，導(dǎo)致設(shè)備保 護(hù)動(dòng)作。
[0004] 在載波移相調(diào)制下，級(jí)聯(lián)鏈中的各個(gè)H橋單元輸出的開(kāi)關(guān)諧波相角不同，使得總輸 出等效開(kāi)關(guān)頻率提高，但單個(gè)單元輸出電壓中仍含有很大的低頻開(kāi)關(guān)諧波分量。當(dāng)電網(wǎng)中 存在開(kāi)關(guān)諧波頻率附近的背景諧波或者級(jí)聯(lián)鏈需要輸出開(kāi)關(guān)諧波頻段的諧波時(shí)，級(jí)聯(lián)鏈中 就會(huì)有對(duì)應(yīng)頻率的電流。此時(shí)，各個(gè)單元上將產(chǎn)生開(kāi)關(guān)諧波頻段的電壓電流禪合，形成不等 的有功功率吞吐。運(yùn)將導(dǎo)致單元直流側(cè)能量的持續(xù)積累或者流失，各單元直流側(cè)電壓成發(fā) 散趨勢(shì)，影響輸出效果和設(shè)備安全，此現(xiàn)象稱(chēng)為源性諧波能量不均問(wèn)題。對(duì)于上述源性諧波 能量不均問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外均缺乏相應(yīng)的研究，沒(méi)有針對(duì)性的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種級(jí)聯(lián)型變流器載波頻 率優(yōu)化方法。在不調(diào)節(jié)調(diào)制波的情況下，讓級(jí)聯(lián)鏈中各單元開(kāi)關(guān)諧波頻譜與系統(tǒng)背景諧波 頻率或級(jí)聯(lián)鏈發(fā)出的諧波電流頻率錯(cuò)開(kāi)，從源頭解決級(jí)聯(lián)型變流器中的源性諧波能量不均 問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得W解決的：
[0007] -種級(jí)聯(lián)型變流器載波頻率優(yōu)化方法，其特征在于，所述級(jí)聯(lián)型變流器由多個(gè)單 元級(jí)聯(lián)得到，每一個(gè)單元由基本的H橋逆變電路組成。H橋逆變電路由四個(gè)全控型電力電子 開(kāi)關(guān)器件組成，并定義每一個(gè)單元直流側(cè)電壓為Udc,調(diào)制比為M，變流器的設(shè)計(jì)載波頻率為 f。，優(yōu)化后實(shí)際載波頻率為/。,，載波偏移頻率為A f。，單元直流電壓波動(dòng)最大幅值為A Udcmax，A Udcmax - Udcmax-Udcmin，Udcmax是單兀直流電谷電壓的取大值，Udcmin是單兀直流電谷電 壓的最小值，ih為級(jí)聯(lián)鏈需要輸出電流ih二IhCOS( CO ht+0h)。
[000引具體方法是：
[0009] 步驟1，選取設(shè)計(jì)載波頻率為fc，載波頻率的偏移量為A fc，檢測(cè)級(jí)聯(lián)鏈的輸出電 流，提取其中在頻段(2fC-200HZ，2fc+200Hz)的電流諧波分量Ihi，Ih2，Ih3…；
[0010] 步驟2,針對(duì)步驟1中提取的各個(gè)諧波電流分量Ihl，Ih2，Ih3…，分別按照下式計(jì)算各 個(gè)諧波分量下的-為曲線(xiàn)。曲線(xiàn)中A f C的范圍限制在(-50化，50Hz)之間。
[0012]其中，I功級(jí)聯(lián)鏈需要輸出電流的幅值，C為直流側(cè)電容量，Jk是k階第一類(lèi)Bessel 函數(shù)；A f。是載波偏移頻率，fs是調(diào)制波頻率，fh是級(jí)聯(lián)鏈需要輸出電流頻率，k取值滿(mǎn)足 fh-(2fc+kfS) I < 50化，k=±l，±3，±5…。當(dāng)同時(shí)有多個(gè)取值k滿(mǎn)足條件時(shí)，取絕對(duì)值最小 的一個(gè)。
[001引步驟3,將步驟帥每一個(gè)級(jí)聯(lián)鏈輸出電流提取諧波量的At/心胃-4/；公式 相疊加，得出綜合A Udcmax- A f C優(yōu)化曲線(xiàn)。
[0014] 步驟4，取綜合A Udcmax- A f C優(yōu)化曲線(xiàn)中最小A Udcmax對(duì)應(yīng)的A f C值作為最優(yōu)頻率偏 移量，并在所有單元的設(shè)計(jì)載波頻率fc基礎(chǔ)上加入偏移量A fc，從而得到優(yōu)化后實(shí)際載波頻 率乂.,。將所有單元的載波頻率更新為尤,。綜合AUdcmax-Afc優(yōu)化曲線(xiàn)中非最優(yōu)偏移頻率同 樣具有減弱單元輸出電壓開(kāi)關(guān)諧波和級(jí)聯(lián)鏈輸出電流有功禪合的效果。
[0015] 步驟5,每隔一段時(shí)間間隔回到步驟1進(jìn)行重新檢測(cè)?？紤]系統(tǒng)背景諧波及變流器 補(bǔ)償指令在步驟1所檢測(cè)頻段頻譜緩慢連續(xù)變化，時(shí)間間隔可為數(shù)秒甚至數(shù)分鐘。不回到步 驟1重新檢測(cè)，選取一個(gè)固定的偏移載波頻率同樣具有減弱單元輸出電壓開(kāi)關(guān)諧波和級(jí)聯(lián) 鏈輸出電流有功禪合的效果。
[0016] 步驟1中，級(jí)聯(lián)鏈輸出電流諧波理想提取范圍為全頻段，但在工程上無(wú)法實(shí)現(xiàn)?？?慮單個(gè)單元輸出電壓開(kāi)關(guān)諧波的分布規(guī)律，將提取頻段選取為(2fc-200化，2fc+200化）。增 大或縮小提取范圍會(huì)影響步驟3中綜合A Udcmax-Afc曲線(xiàn)精度，但仍然可W優(yōu)化載波頻率， 實(shí)現(xiàn)單元輸出電壓開(kāi)關(guān)諧波和級(jí)聯(lián)鏈輸出電流的有功禪合。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明設(shè)及的級(jí)聯(lián)型變流器的電路拓?fù)鋱D。
[0018] 圖2(a)為載波頻率優(yōu)化前單元輸出電壓第一個(gè)開(kāi)關(guān)諧波簇頻譜圖。
[0019]圖2(b)為偏移量Afc=IOHz時(shí)單元輸出電壓第一個(gè)開(kāi)關(guān)諧波簇頻譜圖。
[0020]圖2 (C)為偏移量A f。= -20Hz時(shí)單元輸出電壓第一個(gè)開(kāi)關(guān)諧波簇頻譜圖。
[0021 ]圖3為單元直流電壓最大波動(dòng)幅值隨載波頻率偏移量變化曲線(xiàn)。
[0022] 圖4載波頻率優(yōu)化實(shí)現(xiàn)原理圖。
[0023] 圖5為采用載波頻率優(yōu)化之前的直流側(cè)電壓和電流圖。
[0024] 圖6為采用載波頻率優(yōu)化之后的直流側(cè)電壓和電流圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0026] 實(shí)施例：
[0027] -，如圖1所示，級(jí)聯(lián)型變流器采用如圖所示結(jié)構(gòu)。級(jí)聯(lián)鏈由多個(gè)單元級(jí)聯(lián)得到，每 一個(gè)單元由基本的H橋逆變電路組成。H橋逆變電路由虛線(xiàn)框內(nèi)的1、2、3、4四個(gè)全控型電力 電子開(kāi)關(guān)器件組成。1、2稱(chēng)為左橋臂，3、4稱(chēng)右橋臂。同一橋臂中上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的PWM觸 發(fā)信號(hào)完全互補(bǔ)，左右橋臂的載波互差180度相角。其中UdciU = I，2-n)為第i個(gè)單元的直 流側(cè)電壓，電感L是為每一個(gè)單元的聯(lián)絡(luò)電抗，每一個(gè)單元首尾相連，Uno為級(jí)聯(lián)W后