一種級聯(lián)型變流器載波頻率優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電力電子設備技術領域，尤其設及一種級聯(lián)型變流器載波頻率優(yōu)化方 法。
【背景技術】
[0002] H橋級聯(lián)型變流器是中高壓大功率電力電子裝置的主要拓撲之一，典型應用有：中 高壓靜止無功發(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。載波移相調制是H橋級聯(lián)型 變流器使用最廣泛的調制方式。由于H橋級聯(lián)型變流器各個單元的直流側電氣獨立，直流電 壓(直壓）不均衡問題是H橋級聯(lián)型變流器的應用和研究過程中普遍存在也亟待解決的問 題。
[0003] 針對直壓不均衡問題，目前主要的解決方法是獨立調整各單元調制波，實現(xiàn)對直 壓不平衡的補償。運種均壓控制方法將任何原因的直壓不平衡問題都統(tǒng)一對待，并用基波 有功功率來補償，會導致各單元調制波的差異，使得輸出諧波特性變差。而且當基波電流輸 出減小時，上述均壓方法的均壓能力減弱甚至消失，從而引起直流側電壓發(fā)散，導致設備保 護動作。
[0004] 在載波移相調制下，級聯(lián)鏈中的各個H橋單元輸出的開關諧波相角不同，使得總輸 出等效開關頻率提高，但單個單元輸出電壓中仍含有很大的低頻開關諧波分量。當電網(wǎng)中 存在開關諧波頻率附近的背景諧波或者級聯(lián)鏈需要輸出開關諧波頻段的諧波時，級聯(lián)鏈中 就會有對應頻率的電流。此時，各個單元上將產(chǎn)生開關諧波頻段的電壓電流禪合，形成不等 的有功功率吞吐。運將導致單元直流側能量的持續(xù)積累或者流失，各單元直流側電壓成發(fā) 散趨勢，影響輸出效果和設備安全，此現(xiàn)象稱為源性諧波能量不均問題。對于上述源性諧波 能量不均問題，國內(nèi)外均缺乏相應的研究，沒有針對性的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題，提供了一種級聯(lián)型變流器載波頻 率優(yōu)化方法。在不調節(jié)調制波的情況下，讓級聯(lián)鏈中各單元開關諧波頻譜與系統(tǒng)背景諧波 頻率或級聯(lián)鏈發(fā)出的諧波電流頻率錯開，從源頭解決級聯(lián)型變流器中的源性諧波能量不均 問題。
[0006] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得W解決的：
[0007] -種級聯(lián)型變流器載波頻率優(yōu)化方法，其特征在于，所述級聯(lián)型變流器由多個單 元級聯(lián)得到，每一個單元由基本的H橋逆變電路組成。H橋逆變電路由四個全控型電力電子 開關器件組成，并定義每一個單元直流側電壓為Udc,調制比為M，變流器的設計載波頻率為 f。，優(yōu)化后實際載波頻率為/。,，載波偏移頻率為A f。，單元直流電壓波動最大幅值為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，選取設計載波頻率為fc，載波頻率的偏移量為A fc，檢測級聯(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,針對步驟1中提取的各個諧波電流分量Ihl，Ih2，Ih3…，分別按照下式計算各 個諧波分量下的-為曲線。曲線中A f C的范圍限制在(-50化，50Hz)之間。
[0012]其中，I功級聯(lián)鏈需要輸出電流的幅值，C為直流側電容量，Jk是k階第一類Bessel 函數(shù)；A f。是載波偏移頻率，fs是調制波頻率，fh是級聯(lián)鏈需要輸出電流頻率，k取值滿足 fh-(2fc+kfS) I < 50化，k=±l，±3，±5…。當同時有多個取值k滿足條件時，取絕對值最小 的一個。
[001引步驟3,將步驟帥每一個級聯(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。
[0014] 步驟4，取綜合A Udcmax- A f C優(yōu)化曲線中最小A Udcmax對應的A f C值作為最優(yōu)頻率偏 移量，并在所有單元的設計載波頻率fc基礎上加入偏移量A fc，從而得到優(yōu)化后實際載波頻 率乂.,。將所有單元的載波頻率更新為尤,。綜合AUdcmax-Afc優(yōu)化曲線中非最優(yōu)偏移頻率同 樣具有減弱單元輸出電壓開關諧波和級聯(lián)鏈輸出電流有功禪合的效果。
[0015] 步驟5,每隔一段時間間隔回到步驟1進行重新檢測?？紤]系統(tǒng)背景諧波及變流器 補償指令在步驟1所檢測頻段頻譜緩慢連續(xù)變化，時間間隔可為數(shù)秒甚至數(shù)分鐘。不回到步 驟1重新檢測，選取一個固定的偏移載波頻率同樣具有減弱單元輸出電壓開關諧波和級聯(lián) 鏈輸出電流有功禪合的效果。
[0016] 步驟1中，級聯(lián)鏈輸出電流諧波理想提取范圍為全頻段，但在工程上無法實現(xiàn)?？?慮單個單元輸出電壓開關諧波的分布規(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影響步驟3中綜合A Udcmax-Afc曲線精度，但仍然可W優(yōu)化載波頻率， 實現(xiàn)單元輸出電壓開關諧波和級聯(lián)鏈輸出電流的有功禪合。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明設及的級聯(lián)型變流器的電路拓撲圖。
[0018] 圖2(a)為載波頻率優(yōu)化前單元輸出電壓第一個開關諧波簇頻譜圖。
[0019]圖2(b)為偏移量Afc=IOHz時單元輸出電壓第一個開關諧波簇頻譜圖。
[0020]圖2 (C)為偏移量A f。= -20Hz時單元輸出電壓第一個開關諧波簇頻譜圖。
[0021 ]圖3為單元直流電壓最大波動幅值隨載波頻率偏移量變化曲線。
[0022] 圖4載波頻率優(yōu)化實現(xiàn)原理圖。
[0023] 圖5為采用載波頻率優(yōu)化之前的直流側電壓和電流圖。
[0024] 圖6為采用載波頻率優(yōu)化之后的直流側電壓和電流圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0026] 實施例：
[0027] -，如圖1所示，級聯(lián)型變流器采用如圖所示結構。級聯(lián)鏈由多個單元級聯(lián)得到，每 一個單元由基本的H橋逆變電路組成。H橋逆變電路由虛線框內(nèi)的1、2、3、4四個全控型電力 電子開關器件組成。1、2稱為左橋臂，3、4稱右橋臂。同一橋臂中上下兩個開關器件的PWM觸 發(fā)信號完全互補，左右橋臂的載波互差180度相角。其中UdciU = I，2-n)為第i個單元的直 流側電壓，電感L是為每一個單元的聯(lián)絡電抗，每一個單元首尾相連，Uno為級聯(lián)W后