一種多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器及其無源非線性控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器的非線性無源控制方法，該功率調(diào)節(jié)器采用模塊化、多電平級聯(lián)H橋和四個濾波電感組成，可以從斯科特變壓器輸出端直接連接，而省去了隔離變壓器。這種結(jié)構(gòu)可以用于中高壓場合，尤其適用于鐵路牽引系統(tǒng)。一種基于無源性理論的非線性控制被采用，可以進(jìn)行電流快速跟蹤控制，維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定和均衡，能有效提高系統(tǒng)的控制性能。該補(bǔ)償器能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向變換和流動，有效減小電網(wǎng)電流中出現(xiàn)的負(fù)序及諧波分量，從而提高機(jī)車的運(yùn)行性能，減小對電網(wǎng)的沖擊具有重要意義。
【專利說明】
一種多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器及其無源非線性控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及鐵路牽引系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，特別是一種MRPC式直接鐵路功率 補(bǔ)償器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣化鐵路在在現(xiàn)代社會發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用，高速鐵路必將是未來鐵 路發(fā)展的主要方向。鐵路牽引系統(tǒng)設(shè)備工作于中高壓場合，由于電力電子半導(dǎo)體器件容量 的限制，大多采用晶閘管半控器件;晶閘管是相控器件，大量半控型器件接入電網(wǎng)中會給電 網(wǎng)帶來諧波污染，降低了供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，電能利用率較低。近年來，隨著高速鐵路供 電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和壯大，由此帶來的負(fù)序和無功等電能質(zhì)量問題已越來越嚴(yán)重，必須 采取有效的治理措施，來實現(xiàn)鐵路牽引供電系統(tǒng)高質(zhì)、安全和經(jīng)濟(jì)供電。
[0003]目前針對這些電氣化供電系統(tǒng)電能質(zhì)量低下的狀況，世界各國根據(jù)自身電氣化鐵 路供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的實際情況和本身的技術(shù)水平采取相應(yīng)的治理措施。有的采用晶閘管 控制電抗器(TCR)，它是通過調(diào)節(jié)晶閘管閥的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)接入電網(wǎng)的等效電抗，從而實現(xiàn) 無極和動態(tài)地改變輸出的感性無功，但是會產(chǎn)生諧波。有的采用靜止同步補(bǔ)償器 (STATC0M)，主電路采用全控型IGBT器件，具有很高的開關(guān)速度，電流補(bǔ)償精度高，響應(yīng)時間 快，具有優(yōu)異的補(bǔ)償性能，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率器件多，成本昂貴。日本學(xué)者提出了鐵路功率 調(diào)節(jié)器（Railway static Power Conditioner，RPC)，利用背靠背的2個功率變流器安裝在 供電系統(tǒng)的兩供電臂上，兩者可以聯(lián)合進(jìn)行有功、無功及諧波控制，能實現(xiàn)對負(fù)序和無功綜 合補(bǔ)償。為了提高功率補(bǔ)償裝置容量，有學(xué)者提出采用多模塊并聯(lián)形式組成一種多重化的 鐵路功率調(diào)節(jié)器，單個背靠背功率模塊單元各個變流器(H橋）的交流側(cè)通過降壓分裂變壓 器的副邊分裂繞組并聯(lián)，直流側(cè)電容相互獨(dú)立，通過載波移相實現(xiàn)多重化。但是該種結(jié)構(gòu)需 要兩個降壓分裂變壓器，容量與補(bǔ)償容量相當(dāng)?shù)?，從而?dǎo)致裝置的成本高，體積大且笨重。 為此，本發(fā)明采用了一種多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器（multi-level railway power conditioner，MRPC)，它有四個邊(即四個功橋鏈），每個邊是一個多電平級聯(lián)型Η橋鏈，不需 要降壓變壓器，只需要通過一個隔離變壓器與牽引變壓器的牽引供電臂連接，同時中間不 需要直流環(huán)節(jié)，可以直接進(jìn)行功率的雙向變換和流動，大大降低了功率補(bǔ)償器的成本和體 積。
[0004] 對電流的控制可以通過多種方法實現(xiàn)，如電流內(nèi)環(huán)無差拍控制、PR控制器、單載波 調(diào)制控制等。大多數(shù)的控制方法都是先將逆變器模型的非線性方程做線性化處理，使其變 為線性方程，然后再采用傳統(tǒng)的線性控制方法對其進(jìn)行控制。這些方法在實際的實驗研究 當(dāng)中，也證明了其控制的有效性。但實際上，由于級聯(lián)形式的RPC是一個非線性、多變量型系 統(tǒng)，所以采用傳統(tǒng)的線性控制方法無法得到很好的動態(tài)效果，難以實現(xiàn)精確的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種可以直接進(jìn)行功率 雙向變換和流動的多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器及確保MRPC能夠?qū)崿F(xiàn)有功轉(zhuǎn)移的控制方法。
[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：一種多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器 (multi-level railway power conditioner，MRPC)，包含四個橋鏈，每個橋鏈包括由模塊 化、多電平級聯(lián)Η橋和一個與所述Η橋相連的濾波電感，每個橋鏈輸出端通過連接一個濾波 電感再并聯(lián)到牽引變壓器二次側(cè)上。其中，第一橋鏈的濾波電感與第二橋鏈的濾波電感連 接;第三橋鏈的濾波電感與第四橋鏈的濾波電感連接;第一橋鏈與第三橋鏈相連;第二橋鏈 與第四橋鏈相連所述第一橋鏈與第三橋鏈的交點(diǎn)、第二橋鏈與第四橋鏈的交點(diǎn)接入牽引變 壓器的第一個牽引供電臂;所述第一橋鏈與第二橋鏈的交點(diǎn)、第三橋鏈與第四橋鏈的交點(diǎn) 接入牽引變壓器的第二個牽引供電臂;牽引變壓器的高壓側(cè)接三相對稱電網(wǎng)。
[0007] 本發(fā)明還提供了上述MRPC的控制方法，該方法為：
[0008] 1)首先檢測出牽引變壓器低壓側(cè)的負(fù)載電壓信號Ua，Ub，由鎖相環(huán)可以獲得負(fù)載電 壓信號的同步信號sy a，syb;將負(fù)載電流信號ila，ilb與電壓同步信號相乘經(jīng)過低通濾波器 (LPF)后可以得到直流分量;將該直流分量與電壓同步信號sy a，syb相乘，最后再由負(fù)載電流 、，4減去該值，可獲得11^兩相補(bǔ)償信號1。/4。6將1。/4。0目減除以2可獲得1，4橋鏈 補(bǔ)償信號^，1/;將i。/，^相加除以2可獲得2,3橋鏈補(bǔ)償指令信號
[0009] 2)將牽引變壓器兩個牽引供電臂電壓的同步信號sya，syb相加除以2得到共模電壓 同步信號se b;將其相減除以2得到差模電壓同步信號sea;將牽引變壓器兩個牽引供電臂電 壓ua，u b相加除以2得到共模電壓信號eb;將其相減除以2得到差模電壓信號ea;
[0010] 3)為維持各橋鏈子模塊直流側(cè)的電壓平衡，首先檢測每個橋鏈所對應(yīng)Η橋的直流 側(cè)電壓值的和U。：! 2，11ε；2Σ，11ε；3Σ，11ε；4Σ，其中心嚴(yán)表不第一橋鏈的11橋的直流側(cè)電壓值的和，其他 依次類推;分別求出第一到第四橋鏈Η橋的直流側(cè)電壓平均值：
[0011]
[0012] 其中，Ν表示每個橋鏈的級聯(lián)Η橋單元數(shù)；
[0013] 4)將Η橋的直流側(cè)的電壓參考值urrf減去所求得電壓平均值，然后把結(jié)果送入ΡΙ控 制器可以得到有功電流的直流分量Δ h，Δ 12, Δ 13, Δ 14;將有功電流的直流分量乘以對應(yīng) 橋鏈上電壓的同步信號sej^seb，可以分別得到橋鏈Η橋子模塊電壓平衡指令電流4^( Χ = 1，2,3,4)，加上各橋鏈補(bǔ)償指令信號ζ(χ = 1，2,3,4)，得到四個橋鏈電流的指令信號為：
[0014] L '
2
[0015] 5)根據(jù)牽引功率補(bǔ)償系統(tǒng)MRPC的等效電氣模型，則有：
[0016]
[0017] 檢測差模電壓信號ea[ = (Ua-ub)/2]和共模電壓信號eb[ = (Ua+Ub)/2]的電壓同步 信號sin ω t和cos ω t，構(gòu)成Park2變換矩陣，其_
[0018] 利用Park2變換矩陣對MRPC的等效電氣模型進(jìn)行dq等效變換，則有：
[0019]
[0020] 共屮，ed、eq衣不ea邪ebttdqifHJltfJ寺雙俚；uid、uiq衣不ui邪U2<：tciq軸上的等效值； iid、iiq表示ii和i2在dq軸上的等效值;U2d、U2q表示U4和U3在dq軸上的等效值;i2d、i2q表示i4和 i 3在dq軸上的等效值；
[0021] 6)將檢測到的四個橋鏈電流及其對應(yīng)指令信號組成矩陣 i/，i/，i^]T，進(jìn)行Park4變換，分別得到在dq坐標(biāo)系下的橋鏈電流矩陣和對應(yīng)指令信號矩 陣[iid，iiq，i2d，i2q]T，[ii/，iiq*，i 2/，i2q*]T，其中
[0022]
[0023] ild*、ilq*表示指令信號和i2%dq軸上的等效值山/、i 2q*表示指令信號i/和i3* 在dq軸上的等效值；
[0024] 7)將四個橋鏈在dq坐標(biāo)系下的電流的指令信號矩陣山/山^山/山^^求取微 分并解耦后與-L相乘得到四個濾波電感上的電壓指令信號矩陣
[0025]
[0026]將四個橋鏈在dq坐標(biāo)系下的電流的指令信號矩陣山/山^山/山^^乘以-尺后 得到四個橋鏈電阻上的電壓指令信號矩陣
[0027]
、
[0028]根據(jù)非線性無源控制理論，將dq坐標(biāo)系下的橋鏈電流矩陣[11(141(14 2(142(1]7和對 應(yīng)指令信號矩陣山/山，山/山</^相減，再乘以注入的阻尼電阻，得到注入的阻尼矩陣 為
[0029]
[0030]根據(jù)park變換后dq坐標(biāo)系下MRPC的等效電氣模型，可得到無源控制器調(diào)制信號的 表達(dá)式為
[0035] 8)對dq坐標(biāo)系下無源控制器調(diào)制信號矩陣u進(jìn)行ParkC1變換，則有
[0036] [ ui, U2, U4, U3 ]T = ParkC1* [ uid, uiq, U2d, U2q ]τ ；
[0037] 其中
[0038] 這樣得到MRPC的無源控制器調(diào)制信號矩陣[^^^，^^，將該調(diào)制信號分別送入 對應(yīng)載波移相調(diào)制PWM單元，得到各橋鏈級聯(lián)Η橋的開關(guān)驅(qū)動信號，開關(guān)驅(qū)動信號驅(qū)動對應(yīng) 的Η橋單元的功率開關(guān)管，使MRPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出期望的電壓電流。
[0039] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)有：本發(fā)明的多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器 (MRPC)有四個邊（即四個橋鏈），每個邊是一個多電平級聯(lián)型Η橋鏈，不需要降壓變壓器，只 需要通過一個隔離變壓器與牽引變壓器的牽引供電臂連接，同時中間不需要直流環(huán)節(jié)，可 以直接進(jìn)行功率的雙向變換和流動，大大降低了鐵路功率補(bǔ)償器的成本和體積;本發(fā)明的 非線性無源控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對MRPC的動態(tài)解耦，相比傳統(tǒng)的線性控制方法，更能確保 MRPC動態(tài)性能；由于對誤差動力學(xué)方程注入了阻尼，加速了系統(tǒng)能量耗散，可使該系統(tǒng)迅速 收斂到期望的平衡點(diǎn)；同時采用了均壓控制方法，維持了直流側(cè)電壓的穩(wěn)定和均衡，可以實 現(xiàn)輸出電流的快速響應(yīng)，能有效提高M(jìn)RPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器的性能。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明一實施例MRPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0041 ]圖2為本發(fā)明一實施例MRPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器的等效電路圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明一實施例MRPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器的指令信號獲取框圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明一實施例MRPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器的非線性無源控制框圖。
【具體實施方式】：
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明一實施例MMC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器由四個邊組成;每個邊由 一個Η橋鏈和一個濾波電感組成;Η橋鏈?zhǔn)怯啥鄠€Η橋單元級聯(lián)形成；四邊形的四個交點(diǎn)按對 角線分成兩組，兩組交點(diǎn)分別通過隔離變壓器與兩個牽引供電臂相連接。該裝置通過采用 多電平級聯(lián)變換器組成一個四邊形單相AC-AC變換器，中間不需要直流環(huán)節(jié)，能夠直接實現(xiàn) 功率的雙向變換和流動，同時能補(bǔ)償牽引供電臂機(jī)車負(fù)載產(chǎn)生的無功。故裝置通過采用多 電平級聯(lián)變換技術(shù)，節(jié)省了兩個笨重的降壓變壓器，僅需兩個隔離變壓器，減小了裝置的體 積和成本。
[0045] 圖2為MRPC的等效電路結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)圖2，可得到各橋鏈的電流：
[0046]
[0047] 電路各橋鏈的電壓(即Η橋串聯(lián)輸出電壓之和）：
[0048]
[0049] ea，eb分別表不輸出的差模電壓和共模電壓，其具體表達(dá)式如下：
[0050]
[0051 ]圖3為MRPC的指令信號的獲取框圖。為實現(xiàn)牽引變壓器兩側(cè)的有功功率雙向流動， 設(shè)機(jī)車牽引臂的負(fù)載電流為iLa、iLb，根據(jù)鑒相檢測原理，將負(fù)載電流乘以變壓器低壓側(cè)電 壓的同步信號sya、syb，再經(jīng)低通濾波器濾波得到|(/~ + /_)，從而得到MRPC兩相有功轉(zhuǎn)移 指令信號：
[0052]
[0053] 由該電流可以計算得到MRPC各橋鏈上的有功轉(zhuǎn)移電流指令信號i/ (x = 1，2，3，4):
[0054]
[0055] MRPC在穩(wěn)定運(yùn)行時，由于系統(tǒng)存在開關(guān)損耗、等效電阻損耗以及儲能電容自身的 損耗等，會引起功率單元直流側(cè)電容電壓下降，因此MRPC在運(yùn)行時除了對有功進(jìn)行轉(zhuǎn)移，還 要靠從電網(wǎng)側(cè)吸收有功電流來維持子模塊直流電壓穩(wěn)定，因此可以通過控制各橋鏈有功電 流的方法實現(xiàn)其穩(wěn)定。此時，可以將從電網(wǎng)側(cè)吸收的為維持功率單元直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定 在Udc的有功電流置加到各橋鏈的電流參考值中?？梢酝ㄟ^檢測每個橋鏈所對應(yīng)的級聯(lián)Η 橋子模塊直流側(cè)電壓值的和11。嚴(yán)，1!。22，11。3 2，11。42，再分別求出第一到第四橋鏈!1橋的直流側(cè) 電壓平均值：
[0056] ιι·χ=ι?￡；χΣ/Ν
[0057] 其中，χ = 1，2,3,4;Ν表示每個橋鏈的級聯(lián)Η橋單元數(shù)。然后將級聯(lián)Η橋子模塊的直 流側(cè)的電壓參考值Uref減去所求得電壓平均值，再把結(jié)果送入ΡΙ控制器可以得到有功電流 的直流分量A h，△ 12, △ 13, △ 14。將有功電流的直流分量乘以對應(yīng)橋鏈上電壓的同步信號 他或卿，即可分別得到橋鏈Η橋子模塊電壓平衡指令電流l (x=l，2,3,4)，得到新的參考 電流為：
[0058]
[0059] 根據(jù)牽引功率補(bǔ)償系統(tǒng)MRPC的等效電氣模型，則有：
[0060] L at i
m
[0061] 檢測差模電壓信號ea[ = (ua-Ub)/2]和共模電壓信號eb[ = (Ua+Ub)/2]的電壓同步 信號sin ω t和cos ω t，構(gòu)成Park2變換矩陣，其_
[0062] 利用Park2變換矩陣對MRPC的等效電氣悮型進(jìn)仃dq等效雙狹，則W:
[0063] ；
[0064] 其中，ed、eq表示ea和eb在dq軸上的等效值;uid、uiq表示U1和U2在dq軸上的等效值； iid、iiq表示ii和i2在dq軸上的等效值;U2d、U2q表示U4和U3在dq軸上的等效值;i2d、i2q表示i4和 i3在dq軸上的等效值;對四個橋鏈電流矩陣⑷山，1443]?其對應(yīng)指令信號矩陣[ii'i/， i/，i/]T?行Park4變換，分別得到在dq坐標(biāo)系下的橋鏈電流矩陣和對應(yīng)指令信號矩陣 廠· · · · ~ιΤγ· 氺?氺?氺?氺~|T LI* I I ? Llld，llq，l2d，l2q」，Llld，llq，l2d，l2q」，兵干
[0065]
[0066] ild'ilq*表示指令信號和i2^dq軸上的等效值;i2/、i 2q*表示指令信號i/和i3* 在dq軸上的等效值；
[0067] 圖4為MRPC的非線性無源控制系統(tǒng)。使用非線性無源控制的一個最重要原因是它 描述了難以用線性化控制工具處理的系統(tǒng)的特性。傳統(tǒng)的控制方法都是將逆變器模型的非 線性方程做線性化處理，使其變?yōu)榫€性方程，然后再采用線性控制方法對其進(jìn)行控制。本發(fā) 明的非線性無源控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對MRPC的動態(tài)解耦，相比傳統(tǒng)的線性控制方法，更能確 保MRPC動態(tài)性能，實現(xiàn)精確的控制?？刂频脑敿?xì)步驟為:將四個橋鏈在dq坐標(biāo)系下的電流的 指令信號矩陣山/山<；4 2/山(17求取微分并解耦后與-1^目乘得到四個濾波電感上的電 壓指令信號矩陣
[0068]
[0069]將四個橋鏈在dq坐標(biāo)系下的電流的指令信號矩陣 得到四個橋鏈電阻上的電壓指令信號矩陣
[0070]
[0071 ]為加速系統(tǒng)收斂，系統(tǒng)的收斂速度，使誤差能量函數(shù)快速變0，對誤差動力學(xué)方程 注入阻尼，加速系統(tǒng)能量耗散，使其迅速收斂到期望的平衡點(diǎn)。注入阻尼的量是無源控制器 設(shè)計的關(guān)鍵，當(dāng)注入的阻尼越大時，控制器對目標(biāo)的跟蹤速度越快，精度越高;但是注入的 阻尼過大時，會使得控制系統(tǒng)不能正常工作，所以其選取原則為緩慢增大注入的阻尼，直到 達(dá)到滿意的控制效果。根據(jù)無源非線性控制理論，具體做法為，將dq坐標(biāo)系下的橋鏈電流矩 陣和對應(yīng)指令信號矩陣山 (141(142(142(^，[11/4 1(；42/42(；]7相減，再乘以注入的阻尼電 阻，得到注入的阻尼信號為
[0072 ] [δα? {ild - ild ), Su2(ilq - ilq)? δα3 (i2J - i2d), δα4 (i2q - i2q)]r
[0073]根據(jù)park變換后dq坐標(biāo)系下等效模型，把電感和電阻的電壓指令信號與注入的阻 尼信號相加，再根據(jù)橋鏈的位置加上dq坐標(biāo)系下的共模電壓或差模電壓ed，eq，可以得到dq 坐標(biāo)系下無源控制器調(diào)制信號的表達(dá)式為
[0074]
[0078] 對dq坐標(biāo)系下無源控制器調(diào)制信號矩陣u進(jìn)行ParkC1變換，則有[0079] [ ui，U2，U4，U3 ]τ = Park4-4 [ Uid，uiq，U2d，U2q ]τ;
[0075]
[0076]
[0077]
[0080] 其中
[0081] 可得到MRPC的無源控制器調(diào)制信號矩陣[111，112，1 14，113]7，將該調(diào)制信號分別送入對 應(yīng)載波移相調(diào)制PWM單元，得到各橋鏈級聯(lián)Η橋的開關(guān)驅(qū)動信號，開關(guān)驅(qū)動信號驅(qū)動對應(yīng)的Η 橋單元的功率開關(guān)管，使MRPC式直接鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出期望的電壓電流。
【主權(quán)項】
1. 一種多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，包含四個橋鏈，每個橋鏈包括模塊化、多 電平級聯(lián)H橋鏈節(jié)，每個H橋鏈節(jié)輸出端通過連接一個濾波電感再并聯(lián)到牽引變壓器二次側(cè) 上;其中，第一橋鏈的濾波電感與第二橋鏈的濾波電感連接;第三橋鏈的濾波電感與第四橋 鏈的濾波電感連接;第一橋鏈與第三橋鏈相連;第二橋鏈與第四橋鏈相連;所述第一橋鏈與 第三橋鏈的交點(diǎn)、第二橋鏈與第四橋鏈的交點(diǎn)接入牽引變壓器的第一個牽引供電臂;所述 第一橋鏈與第二橋鏈的交點(diǎn)、第三橋鏈與第四橋鏈的交點(diǎn)接入牽引變壓器的第二個牽引供 電臂;牽引變壓器的高壓側(cè)接三相對稱電網(wǎng)。2. -種權(quán)利要求1所述的多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器的非線性無源控制方法，其特征在于， 包括： 1) 檢測出牽引變壓器低壓側(cè)的負(fù)載電壓信號ua，Ub，由鎖相環(huán)獲得負(fù)載的電壓同步信號 sya，syb;將負(fù)載電流信號iia，iib與電壓同步信號相乘，相乘后的結(jié)果經(jīng)過低通濾波器后得 到直流分量;將兩個直流分量分別與電壓同步信號sy a，syb對應(yīng)相乘，再由負(fù)載電流iia，iib 減去該值，獲得多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器兩相補(bǔ)償信號將i。/，W相減除以2獲得一 個補(bǔ)償信號，該信號即第一、第四橋鏈補(bǔ)償信號將1。/，^相加除以2獲得一個補(bǔ) 償信號，該信號即第二、第三橋鏈補(bǔ)償指令信號，= 2) 將電壓同步信號sya，syb相加除以2得到共模電壓同步信號seb;將電壓同步信號sy a， syb相減除以2得到差模電壓同步信號8&;將負(fù)載電壓信號ua，u b相加除以2得到共模電壓信 號eb;將負(fù)載電壓信號ua，Ub相減除以2得到差模電壓信號e a; 3 )檢測每個橋鏈所對應(yīng)H橋的直流側(cè)電壓值的和Uc；lE，Uc；2E，Uc；3E，Uc；4 E，其中示第一 橋鏈的H橋的直流側(cè)電壓值的和，其他依此類推;分別求出第一到第四橋鏈H橋的直流側(cè)電 壓平均值：其中，N表示每個橋鏈H橋鏈節(jié)的級聯(lián)H橋單元數(shù)； 4 )將第一到第四橋鏈H橋的直流側(cè)的電壓參考值Urrf對應(yīng)減去每個鏈接H橋的直流側(cè)電 壓平均值，然后把結(jié)果送入PI控制器，得到有功電流的直流分量A I1, Δ 12, Δ 13, Δ I4;將第 一、第四橋鏈的有功電流的直流分量乘以對應(yīng)橋鏈上共模電壓同步信號sea，將二、三橋鏈 的有功電流的直流分量乘以對應(yīng)橋鏈上差模電壓同步信號se b，分別得到各橋鏈H橋鏈節(jié)電 壓平衡指令電流C?，x = l，2,3,4,將電壓平衡指令電流&加上各橋鏈補(bǔ)償指令信號得到 四個橋鏈電流的指令信號為：5) 根據(jù)多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器的等效電氣模型，則有：其中，L是濾波電感值，R是橋鏈的等效電阻;檢測差模電壓信號ea[ = (ua-ub)/2]和共模 電壓信號eb[ = (ua+Ub)/2]的電壓同步信號sinco t和cos ω t，構(gòu)成Park2變換矩陣，其中利用Park2變換矩陣對多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器的等效電氣模型進(jìn)行dq等效變換，則有：其中，ed、eq表示ea和eb在dq軸上的等效值;UicNUiq表示Ui和U2在dq軸上的等效值;iid、iiq 表示ii和i2在dq軸上的等效值;U2d、U2q表示U4和U3在dq軸上的等效值;i2d、i2q表示i4和i3在dq 軸上的等效值；丨142 44 43分別為第一、第二、第三、第四個橋鏈的電流;111、112、113、114分別為 第一、第二、第三、第四個橋鏈的電壓； 6) 將檢測到的四個橋鏈電流及四個橋鏈電流對應(yīng)的指令信號組成矩陣U1 Z4./, 1I和 [以，"4/，^，進(jìn)行?&44變換，分別得到在(1(1坐標(biāo)系下的橋鏈電流矩陣和對應(yīng)指令信ild'ilq*表示指令信號V和i2%dq軸上的等效值山Ai 2q*表示指令信號i/和i3%dq 軸上的等效值； 7) 將四個橋鏈在dq坐標(biāo)系下的電流的指令信號矩陣求取微分并解 耦后與-L相乘得到四個濾波電感上的電壓指令信號矩陣，其中ω是系統(tǒng)的基波角頻率：將四個橋鏈在dq坐標(biāo)系下的電流的指令信號矩陣乘以-R后得到四 個橋鏈電阻上的電壓指令信號矩陣： [ JUlr -Ri：J； 根據(jù)非線性無源控制理論，將(^坐標(biāo)系下的橋鏈電流矩陣[；11(]41。42(]42。]1'和對應(yīng)指 令信號矩陣[(/,?/,&?相減，再乘以注入的阻尼電阻，得到注入的阻尼矩陣為： [^Ahj -O^ ^2<hg-hg> -ζΛ sJhv-OT^ 其中，Sal，，Sa3和的取值為[〇 . I，?ο];根據(jù)Park4變換后dq坐標(biāo)系下多電平鐵路功 率調(diào)節(jié)器的等效電氣模型，即：將以上2個方程組經(jīng)過移項改寫為矩陣形式，得到無源控制器調(diào)制信號矩陣u的表達(dá)式 為：8)對dq坐標(biāo)系下無源控制器調(diào)制信號矩陣u進(jìn)行ParkC1變換，則有得到MRPC的無源控制器調(diào)制信號矩陣[^!^!!^^，將該調(diào)制信號分別送入對應(yīng)載波 移相調(diào)制PffM單元，得到各橋鏈級聯(lián)H橋的開關(guān)驅(qū)動信號，開關(guān)驅(qū)動信號驅(qū)動對應(yīng)的H橋單元 的功率開關(guān)管，使多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出期望的電壓電流。
【文檔編號】H02M5/293GK105932695SQ201610325383
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】馬伏軍, 閔俊, 徐千鳴, 何志興, 丁紅旗
【申請人】湖南大學(xué)