一种并联运行下并网变流器的混合调制方法与流程

本发明涉及电力电子技术应用领域，适合于并网逆变器、PWM整流器并联运行，更具体地说是涉及一种并联运行下并网变流器的混合调制方法。

背景技术：

变流器并联运行成为扩大系统容量的一种重要途径，但由于共享直流母线和交流母线，变流器并联运行在提高系统功率等级的同时不可避免的引入环流问题。环流可以分为零序环流和非零序环流，其中低频零序环流是环流的主要成分。低频零序环流主要是由于不同调制方法下多台变流器的零序电压注入不一致引起的，常见的环流抑制策略有SPWM调制方法、基于SPWM调制方法下的零序电压注入法、基于SVPWM调制方法下的零矢量调节法。

传统的SPWM调制方法，由于三相调制电压始终无零序电压注入，从根源上避免了低频零序环流的产生，但同时会带来直流侧电压利用率较低的问题，变流器运行效率较低。传统的SVPWM调制方法，注入零序电压为SPWM调制电压中间项的一半，在一定程度上提高了直流侧电压利用率。然而，由于电路参数、并网电流等因素差异，导致每台变流器注入的零序电压不一致，从而形成低频零序环流。

基于SPWM调制方法下的零序电压注入法和基于SVPWM调制方法下的零矢量调节法均依赖多台变流器之间的相互通信，通过复杂的计算计算过程实现多台变流器注入基本一致的零序电压，因此会产生通信故障或通信中断的情况。此外，随着变流器数目的增加，通信负担和计算的复杂程度均大幅提高。

因此，需要提供一种不依赖通信、控制方法简单的应用于并网变流器并联运行的混合调制方法。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种并联运行下并网变流器的混合调制方法，以期能在多台并网变流器并联运行时，注入一致的零序电压，从而在提高直流侧电压利用率的同时，有效抑制并网逆变器、PWM整流器等并网变流器并联运行时的低频零序环流，进而降低系统的开关损耗，延长功率器件的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种并联运行下并网变流器的混合调制方法的特点按如下步骤进行：

步骤1、采集n台并网变流器在并联运行时的三相电网电压、三相并网电流，从而获得每台并网变流器的零序环流；

步骤2、采用闭环控制方法独立控制每台并网变流器，获得如式(1)所示的无零序电压注入时第j台并网变流器的三相调制电压的表达式：

式(1)中，e_a,e_b,e_c分别是三相电网电压，分别是第j台并网变流器的三相调制电压，分别为第j台并网变流器作用在电感上的三相电压增量；

步骤3、利用式(2)得到每台并网变流器的零序电压

步骤4、第j台并网变流器将所述零序电压注入到相应的三相调制电压上，从而获得混合调制方法下第j台并网变流器的三相调制电压

步骤5、每台并网变流器将各自三相调制电压与相应的载波进行比较，从而产生开关序列用于完成对n台并网变流器的控制。

与传统的变流器并联运行的环流抑制方法相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明采用混合调制方法，不依赖于变流器之间的相互通信，不增加并联系统的计算复杂程度，即可通过采集公共电网信息计算相应的零序电压，实现了多变流器零序电压注入基本一致，从而在提高了直流侧电压利用率的同时，有效抑制了并网变流器并联运行时低频零序环流的产生；降低了系统的开关损耗，延长了功率器件的使用寿命。适用于任意多台变流器并联运行；

2.本发明无需增加任何外设，系统成本低，控制方法简单，易于实现。

附图说明

图1为现有技术中三台共享直流母线和交流母线的并网变流器并联系统的主电路图；

图2为本发明所提出的混合调制方法(HPWM)的原理图；

图3a为本发明变流器工作在逆变状态时，分别采用SPWM、SVPWM、HPWM方式获得的调制电压波形图；

图3b为本发明变流器工作在整流状态时，分别采用SPWM、SVPWM、HPWM方式获得的调制电压波形图；

图3c为本发明变流器工作在超前无功状态时，分别采用SPWM、SVPWM、HPWM方式获得的调制电压波形图；

图3d为本发明变流器工作在滞后无功状态时，分别采用SPWM、SVPWM、HPWM方式获得的调制电压波形图；

图4a为本发明1号变流器采用HPWM方法时的并联实验结果图；

图4b为本发明2号变流器采用HPWM方法时的并联实验结果图；

图4c为本发明3号变流器采用HPWM方法时的并联实验结果图；

图4d为本发明1号变流器采用SVPWM方法时的并联实验结果图；

图4e为本发明2号变流器采用SVPWM方法时的并联实验结果图；

图4f为本发明3号变流器采用SVPWM方法时的并联实验结果图；

图4g为本发明1号变流器采用SPWM方法时的并联实验结果图；

图4h为本发明2号变流器采用SPWM方法时的并联实验结果图；

图4i为本发明3号变流器采用SPWM方法时的并联实验结果图；

图5为本发明三台并网变流器并联实验分别采用SPWM、SVPWM、HPWM发波方式获得的A相调制电压。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中，一种并联运行下并网变流器的混合调制方法按如下步骤进行：

步骤1、采集n台并网变流器在并联运行时的三相电网电压、三相并网电流，从而获得每台并网变流器的零序环流；

步骤2、采用双闭环控制方法独立控制每台并网变流器，获得如式(1)所示的无零序电压注入时第j台并网变流器的三相调制电压的表达式：

式(1)中，e_a,e_b,e_c分别是三相电网电压的分量，分别是第j台并网变流器的三相调制电压，分别为第j台并网变流器作用在电感上的三相电压增量；

具体实施中，多台变流器由于电感参数，并网电流的差异性，作用在电感上的电压增量往往大小不等，但由于三相加和始终为零，并联系统不会产生低频零序环流。

步骤3、利用式(2)得到每台并网变流器的零序电压

具体实施中，每台变流器独立采样公共电网信息，进而计算出相应的零序电压；

步骤4、第j台并网变流器将所述零序电压注入到相应的三相调制电压上，从而获得混合调制方法下第j台并网变流器的三相调制电压

具体实施过程如图2所示，由公共电网信息计算得到的三相零序电压为一个三倍电网频率的三角波，而作用在电感上的三相电压增量与并网变流器的工作状态有关。以工作在整流模式下为例，三相电压增量始终滞后于三相电网电压90°。根据式(3)，可以获得变流器工作在整流模式下采用混合调制方法的调制电压波形。该调制电压波形表现为一个不对称的马鞍波，马鞍波的波峰表现为左低右高的形式；

步骤5、每台并网变流器将各自三相调制电压与相应的载波进行比较，从而产生开关序列用于完成对n台并网变流器的控制。

在步骤5中，分别采用SPWM、SVPWM、HPWM方法进行调制时，并网变流器的调制电压波形如图3a-图3d所示。其中，并网变流器分别工作在逆变、滞后无功、整流、超前无功四种状态。并网变流器工作超前无功和滞后无功两种状态时，采用HPWM获得的调制电压波形与传统的SVPWM基本一致，接近于标准对称的马鞍波，而当并网变流器工作在逆变和整流两种状态下，调制电压均为不对称的马鞍波，两个波峰分别表示为左高右低和左低右高的形式。

本实施例中，以n＝3台并网变流器并联运行为例进行说明：三台并网变流器并联运行，其中1号机的并网电流由5A突变到20A，2号、3号机的并网电流始终为20A。滤波电感参数为：L₁＝8mH，L₂＝4mH，L₃＝4mH。图4a-图4c为采用本发明所提出的HPWM方法，图4d-图4f为采用传统的SVPWM方法，图4g-图4i为采用SPWM方法时获得的实验结果。上述三种方法下，三相并网电流正弦度良好，相电流频谱中仅含有开关次谐波。然而，对比每台变流器的零序环流波形以及相应的频谱分析可以看出，采用SVPWM时，并联系统出现明显的三倍频环流，而采用HPWM时获得的环流抑制效果与采用无零序电压注入的SPWM方法基本一致，无明显三倍频零序环流产生。

图5为实施例中三台并网变流器均工作在整流状态下，分别采用SPWM、SVPWM、HPWM方法获得的调制电压波形，其中SPWM方法下，相调制电压波形为标准的正弦波，SVPWM方法下，相调制电压波形为标准的马鞍波，而HPWM方法下，相调制电压波形为不规则的马鞍波，且两个波峰左低右高，与图3c的分析结果吻合。