一種級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源綜合控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源及其綜合控制方法，所述級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源為級聯(lián)型全橋多電平模塊化結(jié)構(gòu)，其綜合控制方法的實現(xiàn)包括以下步驟：將三相電網(wǎng)電壓，輸入電流與環(huán)流分別變換到兩相靜止坐標(biāo)系和三相止坐標(biāo)系下，采用無差拍控制輸入電流和環(huán)流；橋臂內(nèi)部的電容電壓采用平衡控制策略，選取上下橋臂模塊電容電壓在水平方向上的平方和、平方差和垂直方向上的電壓偏差平方作為電壓控制量來獲取三相αβ0靜止坐標(biāo)系下不平衡的功率，進(jìn)而通過控制橋臂能量來平衡模塊電壓。本發(fā)明實現(xiàn)了輸入輸出電流的快速跟蹤控制，提高了控制效率，滿足了感應(yīng)加熱電源能量平衡與大電流快速變換的要求。
【專利說明】
-種級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源綜合控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源綜合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，大功率高效率變頻電源的出現(xiàn)極大地促進(jìn) 了鋼材熱處理感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展，中間包感應(yīng)加熱電源作為其電能變換的媒介，其輸入 電流影響著公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量，且其輸出電流直接關(guān)系到中間包溫度控制效果，所W對 中間包感應(yīng)加熱電源控制方法的研究具有良好的理論和工程意義，而中間包感應(yīng)加熱系統(tǒng) 對電源能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性和大電流快速變換的要求較高。
[0003] 現(xiàn)有高頻諧振式感應(yīng)加熱電源多用于小功率場合，冶金用大功率寬尺寸感應(yīng)加熱 電源輸出頻率范圍為中低頻。當(dāng)前應(yīng)用較多的中間包感應(yīng)加熱電源，其前級采用簡單可靠 的移相變壓器加二極管整流結(jié)構(gòu)，后級使用直流側(cè)獨立的級聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)=相到單相的 變換，缺點是能量流是單方向的從電網(wǎng)到中間包，所W直流側(cè)電容電壓調(diào)節(jié)能力有限，同時 多繞組變壓器雖在一定程度上降低了電網(wǎng)電流的諧波含量，但也增大電源的成本與體積。
[0004] 近年來，基于H橋子模塊級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的中間包感應(yīng)加熱電源得益于其良好的 模塊化，低諧波，多冗余特性，在交交變換領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注，尤其是全橋多電平模塊 化變換器(F-MMC)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)擁有buck-boo St特性，其輸出頻率及調(diào)制度相對于半H橋子 模塊的匪C化-MMC)范圍更廣，運種應(yīng)用于中間包電磁加熱變頻電源的F-MMC結(jié)構(gòu)具有模塊 化、低諧波、多冗余的特性，能實現(xiàn)功率的雙向流動，減小裝置體積和成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定 性，克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點，是一種較理想的交交變換器。但級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的分立儲能元件 給電壓平衡帶來較大難度，尋求一種與能量穩(wěn)定控制相結(jié)合的電壓平衡控制策略值得探 索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對實現(xiàn)中間包感應(yīng)電磁加熱電源與電網(wǎng)之間能 量的雙向流動W及解決電源的成本與體積等問題W及現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種級聯(lián)多電 平中間包電磁加熱電源綜合控制方法，該級聯(lián)多電平電磁加熱電源采用F-MMC結(jié)構(gòu)，并基于 該結(jié)構(gòu)，解決裝置輸入輸出電流的快速跟蹤問題，在控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，保證級聯(lián)多電 平中間包電磁加熱電源結(jié)構(gòu)中各級聯(lián)模塊電容電壓的平衡，實現(xiàn)電磁加熱電源能量的高效 利用。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種級聯(lián)多電平中間包電磁 加熱電源綜合控制方法，該方法針對F-MMC多電平結(jié)構(gòu)，采用直接功率控制與無差拍電流控 制相結(jié)合的多層控制方法，推導(dǎo)了在離散域中整體能量平衡的輸入電流指令，相間及相內(nèi) 能量平衡環(huán)流指令，并W電壓閉環(huán)控制穩(wěn)定性為前提，得出各層電壓控制器參數(shù)的選取范 圍。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括W下步驟：
[0009]
[0008] I)根據(jù)K化和KCL定理，建立基于級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源的基本結(jié)構(gòu)方 程，如下：
[0010]
[001 "I]其中Usa , Usb , Usc與Uo分別為二相父流輸入電壓與單相父流輸出電壓，Uupx和Udnx分 別為X(X = a,b,C)相上、下橋臂的輸出電壓，iupx , idnx , izx和isx分別為X相上、下橋臂電流和X 相的環(huán)流與輸入電流，i。為輸出負(fù)載電流，L和C分別為橋臂電抗值和子模塊電容容值。對上 述兩式簡化后可得到變換器交流回路與環(huán)流回路的等效模型；
[0012] 2)利用輸入電流和環(huán)流的差模輸出電壓參考值實現(xiàn)對輸入電流和零序環(huán)流的快 速跟蹤。首先將S相電網(wǎng)電壓，輸入電流與環(huán)流分別變換到兩相地靜止坐標(biāo)系和S相a執(zhí))靜 止坐標(biāo)系下，輸入電流和環(huán)流在郵坐標(biāo)系下的微分方程，如下：
[0013]
[0014] 其中，13。山6，山。，山6，1^。和1^6分別為；相電網(wǎng)電流和電壓和輸入電流的共模 輸出電壓在兩相日0靜止坐標(biāo)系下的值，1!。山0山日，山。，山0和山日分別為；相環(huán)流電壓，環(huán)流 的共模輸出電壓和在S相a執(zhí))靜止坐標(biāo)系下的值，L，化和Leq分別為橋臂電感，電阻和考慮負(fù) 載電抗的單相環(huán)流等效阻抗；
[0015] 采用無差拍控制方法和前向一階歐拉方程，并認(rèn)為下一周期的電流實際值與預(yù)測 值之間的誤差在允許范圍內(nèi)，即：
[0016]
[0017] 其中，isa化+1)，ise化+1)，CW和苗從)分別為兩相郵靜止坐標(biāo)系下k+1時刻的輸 入電流及其在k時刻的參考值，iza化+l)，ize化+l)，iz〇化+1)，4腳，0腳和Co佑)分別為S 相曰0〇靜止坐標(biāo)系下k+1時刻的環(huán)流及其在k時刻的參考值。由上述兩式可得到輸入電流的 差模輸出電壓參考值《1,，。(A)和"Iw(A)，和環(huán)流的差模輸出電壓參考值<4(0，化)和 O
[0018] 3)利用控制變換器內(nèi)部環(huán)流及正負(fù)序環(huán)流實現(xiàn)相間的電壓平衡。該級聯(lián)多電平結(jié) 構(gòu)的電磁加熱電源的電壓平衡控制可分成平均電壓控制，水平方向平衡控制和垂直方向平 衡控制;各相橋臂級聯(lián)模塊電容電壓在水平方向和垂直方向離散化后的平方和，平方差與
[0019] 垂直方向電壓偏差平方的共模量分別為：
[0020]
[0021] 其中，扁、.腳（x=a，b，c，下同"L、佩，和快)分別為 第k個控制周期內(nèi)X相上橋臂電壓總和的平方，下橋臂電壓總和的平方，上橋臂與下橋臂電 壓的平方和及平方差和垂直方向電壓偏差平方的共模部分；
[0022] 4)采用外環(huán)電壓在水平方向和垂直方向上的控制和內(nèi)環(huán)電流的控制，得到變換器 內(nèi)部的有功功率和無功功率的控制方程，通過功率的直接控制平衡級聯(lián)模塊電容電壓；
[0023] 步驟4)包括W下步驟:不考慮無功補償，整流控制部分無功指令設(shè)為0,則級聯(lián)多 電平電源在k時刻的有功功率和無功功率參考值護(hù)化)和護(hù)化)為：
[0024]
[00巧]其中，Wlro批)和wiw (巧分別為代表變換器儲能的=相模塊電壓的平方和的參考 值和實際值，kpi和kii分別為平均電壓控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。根據(jù)瞬時功率理論， 可得第k個控制周期的有功功率P化)與無功功率Q(k)，則輸入電流的參考值可由功率參考 值得到，結(jié)合差模輸出電壓參考值，可得到平均電壓的外環(huán)控制和輸入電流的內(nèi)環(huán)控制實 現(xiàn)直接功率控制。
[0026] 通過調(diào)節(jié)與輸出電壓同頻率的高頻正序與負(fù)序電流可W確保=相之間的水平方 向電壓平衡，并將水平方向平衡控制的電壓參考值設(shè)置為零，則水平方向的電壓平方和通 過PI控制器得到水平方向上的有功功率參考值。
[0027] 通過調(diào)節(jié)與輸入電壓同頻率的基頻環(huán)流分量可調(diào)節(jié)垂直方向上的電壓平衡，為了 防止輸出電流中出現(xiàn)不期望的基頻電流分量，用于垂直方向電壓平衡控制的基頻環(huán)流分量 包含正序和負(fù)序分量，而用于實現(xiàn)垂直方向電壓平衡的=相電壓Usa、Usb、Usc為正序性質(zhì)，即 垂直方向平衡控制的電壓參考^
=相上、下橋臂之間不平衡的有 功功率巧。ra，巧'erb和篇0可表示如下：
[002引
[0029]其中，Cl(/〇，Ci，(幻和分別為k時刻經(jīng)垂直方向平衡電壓控制器得到 的有功功率參考值，kp3和ki3分別為垂直平衡電壓控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。因而用于
[0030] 消除=相上、下橋臂之間功率不平衡的環(huán)流分量表示如下：
[0031] 分別為S相 aPO靜止坐標(biāo)系下k時刻的總環(huán)流分量參考值，正序環(huán)流分量參考值和負(fù)序環(huán)流分量參考 值。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明提出的級聯(lián)多電平中間包 電磁加熱電源的綜合控制方法，外環(huán)通過平均電壓控制器、水平平衡電壓控制器和垂直平 衡電壓控制器分別得到用于直接控制各相橋臂能量、消除=相橋臂間不平衡和消除=相上 下橋臂間不平衡的有功功率參考值，進(jìn)而得到內(nèi)環(huán)用于直接功率控制和消除=相橋臂功率 不平衡的輸入電流量和環(huán)流量，實現(xiàn)了直接功率控制與無差拍電流控制相結(jié)合的多層控制 方法，且水平方向平衡控制與垂直方向平衡控制輸出的環(huán)流指令頻率不同，控制過程相互 獨立，不存在禪合關(guān)系，能有效實現(xiàn)電磁加熱電源的能量變換。
【附圖說明】
[0033] 圖1是用于本發(fā)明級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明一實施例交流輸入電流回路與環(huán)流回路的等效電路模型。
[0035] 圖3是本發(fā)明一實施例電磁加熱電源電路信號的處理與坐標(biāo)變換。
[0036] 圖4是本發(fā)明一實施例平均電壓外環(huán)，輸入電流內(nèi)環(huán)控制框圖。
[0037] 圖5是本發(fā)明一實施例水平方向和垂直方向電壓平衡外環(huán)，環(huán)流內(nèi)環(huán)控制框圖。
【具體實施方式】
[0038] 圖1所示為用于本發(fā)明中間包電磁加熱電源的級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)圖，該級聯(lián)多電平 結(jié)構(gòu)每相由上、下兩個橋臂構(gòu)成，其可看作兩個星型級聯(lián)SVG輸入端并聯(lián)，輸出端串聯(lián)，直流 輸出端接電磁加熱電源負(fù)載，S相交流電網(wǎng)系統(tǒng)等級為10kV/50Hz。圖中，Usx(x = a，b，c,下 同）和iSX分別為S相交流電網(wǎng)電壓和電流，U叩X，Udnx，i叩X和idnx分別為各相上、下橋臂的輸出 電壓和橋臂電流，SM為各相上、下橋臂級聯(lián)的H型全橋子模塊，山1、^ =曰，13，(3，1 = 1，..11，下 同）為級聯(lián)子模塊的直流側(cè)電容電壓，C為子模塊電容容值，L為橋臂電感，i。和U。分別為直流 側(cè)負(fù)載電流和負(fù)載電壓。
[0039] 圖2為該級聯(lián)變換器交流回路與環(huán)流回路的等效模型結(jié)構(gòu)圖。由KCL和K化得到式 (1)和式(2)，將其分解為差模和共模的部分，如式(3)所示，二者分別為圖中的交流回路電 壓Uinvx和環(huán)流回路電壓山X。
[0040]
(1) 幽] (2)
[0042] (3)
[00創(chuàng)式中，Usx和isx分別為；相交流電網(wǎng)電壓和電流，加 px，Udnx，i叩X和idnx分別為上、下 橋臂的輸出電壓和橋臂電流，izx各相橋臂環(huán)流，L為橋臂電感，i。和U。分別為直流側(cè)負(fù)載電 流和負(fù)載電壓。簡化后，可得
[0044] ,4
[00例 （巧
[0046] 其中11。= 1。(化+^'《山）4。=133+136+13。，式(4)和(5)即為該等效模型的空間狀態(tài)方 程表達(dá)式。
[0047] 圖3為輸入信號處理和坐標(biāo)變換圖。橋臂環(huán)流izx和輸出電流i。的獲取可根據(jù)式(2) 得到，兩姑靜Ih業(yè)標(biāo)巧槍由古（fi)的巧陳得幸Il
[004引
（6)
[0049] 圖4為平均電壓外環(huán)、輸入電流內(nèi)環(huán)控制框圖。
[0050] 該控制策略中的輸入電流內(nèi)環(huán)控制過程為：由圖2的變換器交流回路模型得到輸 入電流i a B業(yè)標(biāo)累下的微r 4V韋賴責(zé)
[0化1]
(7)
[00對式(7)中，isy(y = a，e，下同），Usy和Uinvy分別為經(jīng)郵坐標(biāo)變換后的S相交流輸入電 流，輸入電壓和差模電壓。由郵分量的相互獨立性，采用無差拍控制，式(7)的第kth控制周 期可寫為
[0053]
rg)
[0054] 式(8)中，Ts為等效開關(guān)周期，isy化），Usy化)和Uinvy化)分別為第kth控制周期的輸 入電流，輸入電壓和差模電壓，isy化+1)為第kth控制周期的輸出電流預(yù)測值，若下一周期的 輸出電流實際值與預(yù)測值C (^)之間的誤差在允許范圍內(nèi)，則可認(rèn)為
[0 化 5] (9)
[0056] 的無差拍控制器可得到差模輸出電壓的參 考值冷,V 障] 〇〇；
[005引內(nèi)環(huán)在aP坐標(biāo)下，通過控制差模輸出電壓參考值1心.,.(>，二仿，/引實現(xiàn)對輸入電流 (,(.V = a，/?)的控制。
[0059] 該控制策略中的平均電壓外環(huán)的控制過程為:通過控制功率來調(diào)整模塊電壓，在 不考慮無功補償?shù)那闆r下，整流控制部分無功指令設(shè)置為0，則整體不平衡功率可表示為
[0060]
(…
[0061] 其中，P^k)和護(hù)化)分別是第k個周期的有功功率參考和無功功率參考，iCo(幻和 。保)分別為代表變換器儲能自勺Sffi模塊電壓自勺平方?和自勺參考值和實際值，kpi和kii分另IJ 為平均電壓控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。根據(jù)瞬時功率理論，可得第k個控制周期的有功 功率P化)與無功功率Q化)分別為
[0062]
(12)
[0063] 其中，Cw= """ 6^為變換矩陣，則輸入電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的參考值C 儀-苗_ y二a >目_下同"!而妾完而.
[0064] (13)
[0065] 其中，P^k)和護(hù)化)為功率參考值，為反變換矩陣，結(jié)合式（10)的輸入電流的差 模輸出電壓無差拍控制，得到平均電壓的外環(huán)控制和輸入電流的內(nèi)環(huán)控制實現(xiàn)直接功率控 制。
[0066] 圖5為電壓平衡外環(huán)，環(huán)流內(nèi)環(huán)控制框圖。
[0067] 該控制策略中的環(huán)流內(nèi)環(huán)控制過程為：由圖2的變換器環(huán)流回路模型得到環(huán)流izx (X = a，b，C，下同）在郵〇坐標(biāo)系下的微分方程為
[006引
!4)
[0069] 其中，izj(j = a，e，〇,下同）和Uzj分別為S相環(huán)流電壓，環(huán)流的共模輸出電壓在S 相口0〇靜止坐標(biāo)系下的值，L，化和Leq = L+化l/2分別為橋臂電感，電阻和考慮負(fù)載電抗的單 相環(huán)流等效阻抗，由于輸出電流i。為=相環(huán)流的零序分量，因而有
> 由式（14)可 知，環(huán)流的地0分量彼此獨立，在此采用前向一階無差拍控制。式（11)的第k個控制周期可寫 為
[0070]
(巧）
[0071] 其中，izj(k)，izj化+1)和Uzj化)分別為S相郵〇靜止坐標(biāo)系下k時刻環(huán)流，k+1時刻 輸出環(huán)流和k時刻的環(huán)流差模輸出電壓，L，化，Leq和Ts分別為橋臂電感，電阻，考慮負(fù)載電抗 的單相環(huán)流等效阻抗和采樣周期;若下一周期的輸出電流實際值與預(yù)測值之間的誤差在允 許范圍內(nèi)，則可認(rèn)為
[00巧 （化）
[0073] 3靜止坐標(biāo)系下k+1時刻的環(huán)流及其在k時刻 的參考 巧空制的共模輸出電壓參考為 自] (17)
[00巧]其中，W占 (W ^iz^k)和(6(足)分別為S相郵〇靜止坐標(biāo)系下k時刻環(huán)流差模輸出電 壓的參考值，環(huán)流電流值及其參考值，L，化，Leq和Ts分別為橋臂電感，電阻，考慮負(fù)載電抗的 單相環(huán)流等效阻抗和采樣周期。
[0076] 該控制策略中的電壓平衡外環(huán)的控制過程為:過程分為水平方向電壓平衡控制和 垂直方向電壓平衡控制，該平衡控制在離散域中操作。
[0077] 水平方向平衡控制的電壓參考值
I則=相之間的不平衡功率可表 示為 W78](18) 、
".一U
[00巧]其中，i玄w(句和巧分別為兩相郵靜止坐標(biāo)系下k時刻經(jīng)水平方向平衡電壓控 制器得到的有功功率參考值，kp2和ki2分別為水平平衡電壓控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。 因而用于控制=相之間功率不平衡的高頻環(huán)流分量在兩相靜止坐標(biāo)系下表示如下：
[0080]
(1.9)
[0081] 其中，盞。m (巧和苗。1^巧分別為有功功率參考值得到的高頻環(huán)流參考值，為 變換矩陣，取決于環(huán)流指令的形式。
[0082] 垂直方向電壓平衡控制可防止輸出電流中出現(xiàn)不期望的基頻電流分量，用于垂直 方向電壓平衡控制的基頻環(huán)流分量包含正序和負(fù)序分量，而用于實現(xiàn)垂直方向電壓平衡的 S相電壓U S a、U S b、U S。為正序性質(zhì)，即垂直方向平衡控制的電壓參考為
S相上、下橋臂之間不平衡的有功功率CLa，巧rb和/1?？杀硎?br>如下： 目 (20)
[0084] 扯時刻經(jīng)垂直方向平衡電壓控制器得到 的有功功率參考值，kp3和ki3分別為垂直平衡電壓控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。因而用于
消除三*日^下庶?巧了蘋縮溢A貫AnlC.
[0085]
[0086] 爭別為立相 aPO靜止坐標(biāo)系下k時刻的總環(huán)流分量參考值，正序環(huán)流分量參考值和負(fù)序環(huán)流分量參考 值。結(jié)合式（17)環(huán)流的差模輸出電壓無差拍控制，得到電壓平衡外環(huán)控制和環(huán)流內(nèi)環(huán)控制， 進(jìn)而實現(xiàn)直接功率控制。
【主權(quán)項】
1. 一種級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源綜合控制方法，級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電 源包括級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)和與所述級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)并聯(lián)的中間包電磁加熱電源;所述級聯(lián)多 電平結(jié)構(gòu)每一相均由上、下兩個橋臂串聯(lián)組成;上、下橋臂均包括多個級聯(lián)的子模塊;其特 征在于，該方法包括W下步驟： 1) 建立如下方程：其中Usa，Usb，Use分別為Ξ相交流輸入電壓；Uo為單相交流輸出電壓；U叩X和Udnx分別為X相 上、下橋臂的輸出電壓，X = a，b，C ; iupx，idnx，izx分別為X相上、下橋臂電流；izx為X相上、下橋 臂環(huán)流;isx為X相輸入電流;i。為輸出負(fù)載電流;L和C分別為上、下橋臂電抗值和子模塊電容 容值;對上述兩式簡化后得到中間包電磁加熱電源交流回路與環(huán)流回路的等效模型； 2) 根據(jù)步驟1)所得到的等效模型，將Ξ相交流輸入電壓、環(huán)流與輸入電流分別變換到 兩相郵靜止坐標(biāo)系和Ξ相地0靜止坐標(biāo)系下，采用無差拍控制方法得到Ξ相交流輸入電壓、 環(huán)流與輸入電流的差模輸出電壓參考值，并將該差模輸出電壓參考值作為控制輸入電流和 環(huán)流的控制量； 3) 構(gòu)造上、下橋臂的平均電壓，水平方向上的電壓平方和與平方差，垂直方向上的電壓 偏差的共模部分，如下：咕PI.似和分別是第k個控制周期時，X相上橋臂電壓總和的平方及下橋臂電壓總 和的平方；￡4"巧)和分別為第k個控制周期X相上橋臂與下橋臂電壓的平方和及平 方差；誠。α。(口為垂直方向電壓偏差平方的共模量，每W㈱:做布輪Γ?腳分別為第k個 控制周期a、b、cS相在垂直方向上電壓偏差的平方； 4) 建立基于步驟3)得到的垂直方向電壓偏差平方的共模量和水平方向的電壓 平方和的電壓平衡閉環(huán)傳遞函數(shù)，由閉環(huán)傳遞函數(shù)和勞思-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)，選 擇合適的PI控制器W保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，進(jìn)而獲得不同控制目標(biāo)的不平衡能量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源綜合控制方法，其特征在于， 所述級聯(lián)的子模塊為全橋結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源及其綜合控制方法，其特征 在于，所述步驟2)包括W下步驟： 1) 將Ξ相交流輸入電壓，輸入電流與環(huán)流分別變換到兩相αβ靜止坐標(biāo)系和Ξ相αβο靜 止坐標(biāo)系下； 2) 構(gòu)建輸入電流和環(huán)流在地坐標(biāo)系下的微分方程：其中，isa，ise為Ξ相電網(wǎng)電流在兩相地靜止坐標(biāo)系下的值，山。，Use為Ξ相電網(wǎng)電壓在兩 相口 β靜止坐標(biāo)系下的值，Uinva、Uinve為輸入電流的共模輸出電壓在兩相αβ靜止坐標(biāo)系下的 值，13。山6山日分別為立相環(huán)流在立相郵0靜止坐標(biāo)系下的值，山。，1136為立相環(huán)流在兩相郵 靜止坐標(biāo)系下的共模輸出電壓;山〇為Ξ相環(huán)流在Ξ相地〇靜止坐標(biāo)系下的值;L，化和Leq分別 為橋臂電感，電阻和考慮負(fù)載電抗的單相環(huán)流等效阻抗； 3) 采用無差拍控制方法和前向一階歐拉方程，得到輸入電流和環(huán)流的差模輸出電壓參 考值：其中，(巧，誠為兩相αΡ靜止坐標(biāo)系下k時刻輸入電流差模輸出電壓的參考 值;Usa化），Use化)為兩相αβ靜止坐標(biāo)系下k時刻交流輸入電壓；isa化），ise化)為兩相αβ靜止 坐標(biāo)系下k時刻交流輸入電流值;4 (Α巧日C蛛)為兩相αβ靜止坐標(biāo)系下k時刻交流輸入電 流參考值；《1·^) > W。#巧)> )為S相αβο靜止坐標(biāo)系下k時刻環(huán)流差模輸出電壓的參考 值；iza(k)，ize(k)，iz〇(k)分別為為Ξ相αβο靜止坐標(biāo)系下k時刻環(huán)流電流值； C倘，4峽），4(A)分別為Ξ相αβο靜止坐標(biāo)系下k時刻環(huán)流電流值參考值;L，化，Leq、T分 別為橋臂電感、電阻、考慮負(fù)載電抗的單相環(huán)流等效阻抗和采樣周期。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源及其綜合控制方法，其特征 在于，所述步驟4)的具體實現(xiàn)過程包括W下步驟： 1)整流控制部分無功指令設(shè)為0,級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源在k時刻的有功功率 和無功功率參考值p*化)和護(hù)化)為：其中，和分別為代表級聯(lián)多電平中間包電磁加熱電源儲能的Ξ相級聯(lián) 模塊電壓的平方和的參考值和實際值，kpl和kil分別為平均電壓控制器的比例系數(shù)和積分 系數(shù)； 2) 根據(jù)瞬時功率理論，得到第k個控制周期的有功功率P化)與無功功率Q化），則輸入電 流的參考值由功率參考值P ^ k )和Q ^ k )得到，結(jié)合差模輸出電壓參考值 !4(巧，均，得到平均電壓的外環(huán)控制和輸入電流的內(nèi)環(huán)控制，實現(xiàn)直接功率 控制； 3) 調(diào)節(jié)與輸出電壓同頻率的高頻正序與負(fù)序電流，確保Ξ相之間的水平方向電壓平 衡，并將水平方向平衡控制的電壓參考值設(shè)置為零，則水平方向的電壓平方和通過ΡΙ控制 器得到水平方向上的有功功率參考值； 4) 調(diào)節(jié)與輸入電壓同頻率的基頻環(huán)流分量，調(diào)節(jié)垂直方向上的電壓平衡，用于垂直方 向電壓平衡控制的基頻環(huán)流分量包含正序和負(fù)序分量，用于實現(xiàn)垂直方向電壓平衡的Ξ相 電壓Usa、Usb、Usc為正序性質(zhì)，即垂直方向平衡控制的電壓參考為Ξ相上、下橋臂之間不平衡的有功功率今。。./ζΑ和巧Lo表示如下：其中，瑞W作），巧：*(巧和巧分別為k時刻經(jīng)垂直方向平衡電壓控制器得到的有功 功率參考值，kp3和ki3分別為垂直平衡電壓控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)； 5) 用于消除Ξ相上、下橋臂之間功率不平衡的環(huán)流分量表示如下：其中，WW為Ξ相α β 0靜止坐標(biāo)系下k時刻的總環(huán)流分量參考值； €胃+(《'），心^+(0為Ξ相α β 0靜止坐標(biāo)系下k時刻的正序環(huán)流分量參考值； 忘?！禵鮮、苗㈱為；相郵〇靜止坐標(biāo)系下k時刻的負(fù)序環(huán)流分量參考值。
【文檔編號】H02M7/04GK105846691SQ201610317491
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】羅安, 岳雨霏, 徐千鳴, 馬伏軍, 何志興, 周奔, 丁紅旗, 郭鵬
【申請人】湖南大學(xué)