级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制
一种星接H桥级联型SVG直流侧电压均衡控制方法研究
一种星接H桥级联型SVG直流侧电压均衡控制方法研究何英杰;付亚斌;段文岩【摘要】对星接H桥级联型静止无功发生器（ SVG）直流侧电压均衡控制进行了深入研究，建立了三层直流侧电压均衡控制系统。
第一层为总直流侧电压控制，通过产生基波正序有功电流维持三相所有H桥模块直流侧电压之和恒定。
第二层为三相之间均衡控制，通过在变流器指令电压中注入零序电压实现三相功率的再分配，从而实现三相均衡；在该方法中，通过对H桥级联型SVG的输出电压和输出电流产生的功率进行前馈，以达到快速地动态调节。
第三层为每相内部各模块均衡控制，通过沿电流方向微调每相各模块指令电压，使各H桥模块吸收的功率重新分配，进而保证相内所有H桥模块直流侧电压值等于给定值。
最后通过实验验证了该控制方法的正确性和可靠性。
%The in-depth study of the DC voltage balancing of the star connection cascaded H bridge multilevel static vargenerator( SVG)has been made in this paper. And the control system with three layers of the DC voltage balance has been established. The first layer is the total DC side voltage control,which is maintained to be constant through generating the fundamental positive sequence active current. The second layer is the balancing control between three phases. Through the injection of the zero sequence voltage into the command voltage,we can make the redistribution of the three-phase power,so as to realize the DC voltage balance between three phases. In this method,through feeding forward the power generated by the grid voltage and the output current,the rapid dynamic regulation can be achieved. The third layer is the balancing control among modules in each phase. Through fine tuning thecommand voltage of each module in each phase along the direction of the current,we can make the redistribution of the power absorbed by each module,so as to ensure that the DC side voltage of each module in each phase is equal to the given value. Experimental results verify the correctness and reliability of the proposed control method in the end.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)011【总页数】9页(P13-21)【关键词】星接;H桥级联型SVG;直流侧电压控制【作者】何英杰;付亚斌;段文岩【作者单位】西安交通大学电气工程学院西安 710049; 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆大学重庆 400044;西安交通大学电气工程学院西安710049;西安交通大学电气工程学院西安 710049【正文语种】中文【中图分类】TM464随着电力工业的不断发展，各种非线性、冲击性负荷大量增加，这对电能质量控制提出了更高的要求。
H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法
H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法徐榕;于泳;杨荣峰;于雁南;徐殿国【摘要】H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)直流侧电容电压的波动,会引起系统直流侧母线电压不平衡,从而影响系统的可靠运行.针对该问题,在直流侧电容电压三级平衡控制策略的基础上,采用比例谐振(PR)控制器对全局平均直流电压进行控制,以提高控制效果;采用自抗扰控制器(ADRC)对相间直流电压进行平衡控制,实现对外界扰动的动态补偿;采用上下平移每个功率单元调制波的方法,实现相内直流电压平衡控制,并配合载波相移调制策略(CPS-PWM),易于FPGA数字实现.实验结果表明,提出的控制方法是有效的,且具有良好的动态性能和较强的鲁棒性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2015(035)005【总页数】8页(P15-22)【关键词】H桥级联;静止同步补偿器;直流侧电容电压平衡;比例谐振控制;自抗扰控制;调制波平移;控制【作者】徐榕;于泳;杨荣峰;于雁南;徐殿国【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TM760 引言电力系统中越来越多地使用柔性交流输电系统（FACTS）对电能进行传输，它能够提高电力系统利用和传输电能的能力，同时使系统稳定、安全、可靠地运行。
作为核心装置与核心技术之一的静止同步补偿器（STATCOM），以其损耗低、响应快、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点，成为动态无功补偿装置发展的重要方向［1-4］。
在几种比较成熟的拓扑结构中，H桥级联拓扑结构的STATCOM因其模块化结构、无需功率器件串联即可输出足够高的电压和输出多电平电压的特点，在高压大功率场合得到日益广泛的应用［5-8］。
级联H桥静止无功发生器的直流侧电压控制方法
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — １ ４ ２ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ６ ． ０ １ ８
级 联 Ｈ桥 静 止 无 功 发 生器 的直 流 侧 电压 控 制 方 法
流侧 需 额 外 增 加 变 压 器 ． 使 整个 逆 变 器 结 构 变 得 复 杂 ．
系 统 中 不 仅 增 加 了 电 网 有 功 损 耗 而 且 带 来 了 谐 波 污
染 快 速 实 时 的 无 功功 率 补 偿 对 提 高 电力 设 备 利 用 率 ．
提 升 电力 系统 稳 定 性 ．保 证 供 电 电压 稳 定 具 有 重 要 意
关键词 ：
静 止 无 功 发 生 器 ；改 进 解 耦 控 制 ；Ｐ Ｉ 控 制 ；超 调 电压 抑 制
０ 引 言
随 着 科 技 进 步各 种感 性 容 性 以及 非 线 性 负 载 得 到
电容 电压 不 平 衡 严 重 时 导致 设 备 失 稳 无 法 正 常运 行
因此直 流侧 电压 的控制 对 于 Ｓ Ｖ Ｇ 工 作 的性 能 至 关 重
波 电流 和 无 功 电流 ． 产 生 相 应 的补 偿 电 流 予 以 补 偿 从 而 防 止 负 载 部 分 产 生 的谐 波 电 流 和 无 功 电 流 流 入 网
况 只需 要 向 直 流 侧 注 入 一 定 的 有 功 功 率 就 能 维 持 直 流 侧 电容 电 压 稳 定 但 是 实 际 中 由 于 开 关 器 件 损 耗 和 触 发 脉 冲存 在 差 异 ．使 得 Ｈ 桥 模 块 充 放 电时 间不 一 致 和
级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法
第 37 卷 第 9 期 2013 年 9 月 文章编号：1000-3673（2013）09-2632-07
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 721 文献标志码：A
Vol. 37 No. 9 Sep. 2013 学科代码：470·4051
级联 H 桥 SVG 直流侧电容电压平衡控制方法
基金项目：国家自然科学基金项目(51167009)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51167009).
0 引言
静止无功发生器(static var generator， SVG)作为 新型无功补偿设备，具有无功电流调节速度快、运 行范围广、谐波含量低等优点，在改善电能质量和 无功补偿方面起到了非常重要的作用[1-3]。 随着电力系统网络的不断扩大，谐波和无功电 流的治理正朝着高压大容量方向发展，这对电力系 统无功补偿设备的容量提出了更高要求。 级联 H 桥 SVG 具有各逆变单元独立、易于模块化扩展、无需 多重变压器接入、在输出相同电平下所需开关器件 少等优点，在高压大容量谐波和无功补偿中得到了 重视[4-7]。 由于级联 H 桥 SVG 直流侧电容相对独立，理 想情况下只需向直流侧注入一定的有功功率就能 很好地维持直流侧电压稳定。但实际情况下由于各 开关器件存在混合型损耗差异和触发脉冲存在延 时等问题， 使得各 H 桥模块充放电时间不一致和电 容电压不平衡。严重时，不平衡的电容电压有可能 超过开关器件耐压等级，导致器件烧损，设备无法 正常运行[8-12]。 因此， 对级联 H 桥 SVG 直流侧电容 电压平衡控制方法的研究已成为国内外学者研究 的热点。文献[13]提出了基于直流母线能量交换的 直流电压平衡控制方法，但直流侧需额外增加变压 器，使整个逆变器结构变得复杂，成本显著提高。 文献 [14] 提出了 3 层直流侧电容电压平衡控制方 法，但其相间控制方法有待进一步简化，且控制系 统控制器繁多，无功电流补偿的动态响应速度也有 待增强。文献[15]在分析各 H 桥模块吸收有功功率 的基础上， 提出了改变各 H 桥模块移相角来调节各 模块电容电压平衡的方法，该方法需要每个采样周 期计算一次各模块的移相角，不仅增加了控制算法
级联H桥型SVG直流侧电压平衡控制方法
级联H桥型SVG直流侧电压平衡控制方法李玲玲;鲁修学;吉海涛;李志刚【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)009【摘要】级联H桥型SVG是目前大容量无功补偿装置的最佳方案之一,直流侧电压的稳定与平衡是保障装置可靠运行的必要条件.建立和分析了级联H桥型SVG 的等效数学模型,推导了直流侧电压的波动过程,在此基础上分析其相间有功功率交换过程,并提出了一种基于零序电压控制的直流侧电压平衡的三级控制方法,即全局直流侧电压平衡控制、相间直流侧电压平衡控制和相内直流侧电压平衡控制,从而很好地解决了直流侧电压平衡控制问题.最后选取单相两个H桥单元的主电路结构进行仿真和实验分析,验证该方法的有效性.【总页数】7页(P1-7)【作者】李玲玲;鲁修学;吉海涛;李志刚【作者单位】河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130;台湾勤益科技大学电子工程系台中41170;河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130;河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130;河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130【正文语种】中文【中图分类】TM726【相关文献】1.级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制 [J], 王晓晨;杜超超2.一种星接H桥级联型SVG直流侧电压均衡控制方法研究 [J], 何英杰;付亚斌;段文岩3.基于空间矢量调制的星形级联H桥SVG直流侧电压控制方法研究 [J], 刘云峰;何英杰;尹仕奇;王跃;刘进军4.H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法 [J], 徐榕;于泳;杨荣峰;于雁南;徐殿国5.H桥级联APF直流侧电压平衡控制方法研究 [J], 刘亚云;王海欣;魏阳超;黄海宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
中压级联SVG直流侧电压均衡控制策略
第３４卷第６期２０１８年６月电力科学与工程ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ ３４，Ｎｏ ６Ｊｕｎ．，２０１８收稿日期：２０１８－０４－１４作者简介：彭咏龙（１９６６ ），男，副教授，研究方向为电力电子在电力系统中的应用；黄江浩（１９９２ ），男，硕士研究生，研究方向为电能质量问题；李亚斌（１９７０ ），男，讲师，研究方向为电力电子在电力系统中的应用㊂ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ＩＳＳＮ １６７２－０７９２ ２０１８ ０６ ００１中压级联ＳＶＧ直流侧电压均衡控制策略彭咏龙，黄江浩，李亚斌，杜㊀鹏，贺㊀宁（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３）摘㊀要：基于Ｈ桥级联多电平ＳＶＧ是目前中压领域有效补偿无功电流的最佳方案之一，而如何保持其直流侧电压平衡的问题却成为其应用在中压场合的一个难点㊂为此，建立了中压级联ＳＶＧ的数学模型和详细推导了它的波动过程，并提出了一种分层控制电压均衡的新方法㊂上层控制主要是在改进的瞬时无功检测算法基础上，根据自适应ＰＩ参数实时地调节有功电流指令，进而保持全局稳压和相间均压；下层均压控制则在上层控制基础上补偿一个基于单位化电流的调制波微调量，从而实现每相各单元电压均衡㊂最后仿真和实验结果表明，该控制方法可有效地应用于中压ＳＶＧ领域㊂关键词：中压级联ＳＶＧ；直流侧电压均衡；自适应ＰＩ；调制波重构；单位化电流中图分类号：ＴＭ７６１㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７２－０７９２（２０１８）０６－０００１－０８ＤＣｓｉｄｅｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｍｅｄｉｕｍｖｏｌｔａｇｅｃａｓｃａｄｅｄＨｂｒｉｄｇｅＳＶＧＰＥＮＧＹｏｎｇｌｏｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉａｎｇｈａｏ，ＬＩＹａｂｉｎ，ＤＵＰｅｎｇ，ＨＥＮｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃａｓｃａｄｅｄＨ⁃ｂｒｉｄｇｅＳＶＧｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｂｅｓｔｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｒｅａｃｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅｍｅｄｉｕｍｖｏｌｔａｇｅｆｉｅｌｄ，ａｎｄｔｈｅｂａｌａｎｃｅｏｆＤＣｓｉｄｅｖｏｌｔａｇｅｈａｓｂｅｃｏｍｅａｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃａｓｃａｄｅｄＳＶＧｉｎｍｅｄｉｕｍｖｏｌｔａｇｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｉｔｓｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ａｎｄａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＤＣｓｉｄｅｖｏｌｔａｇｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅａｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｕｐｐｅｒｃｏｎｔｒｏｌｃａｎａｄｊｕｓｔｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅＰＩｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｔｏｔａｌｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｚｅａｎｄｔｈｒｅｅ⁃ｐｈａｓｅｓｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｅ；ａｓｆｏｒｔｈｅｌｏｗｅｒｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌ，ａｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｕｎｉｔｉｚｅｄｃｕｒｒｅｎｔｉｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｔｏｔｈｅｍａｉｎｍｏｄｕｌａｔｅｄｗａｖｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｅｆｏｒｅｖｅｒｙｕｎｉｔｉｎａｎｙｐｈａｓｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳＶＧｔｏａｍｅｄｉｕｍｖｏｌｔａｇｅｌｅｖｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｍｅｄｉｕｍｖｏｌｔａｇｅｃａｓｃａｄｅｄＳＶＧ；ＤＣｓｉｄｅｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ａｄａｐｔｉｖｅＰＩｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｏｄｕｌａｔｅｄｗａｖｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｕｎｉｔｉｚｅｄｃｕｒｒｅｎｔ㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年０㊀引言㊀㊀静止无功发生器（ＳｔａｔｉｃＶａｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＳＶＧ）作为电力电子行业中一种能够高效实时地补偿无功的新型逆变装置［１－２］，已被广泛应用于低压或高压领域，但在中压大容量场合的应用受到一定限制㊂Ｈ桥级联型ＳＶＧ直流侧各电容之间相互独立㊁拓扑结构简单且输出电压谐波含量少，无需多重变压器的接入便可直接应用于中高压电网［３－５］，而级联式拓扑结构在高压驱动和无功补偿领域的应用已经比较成熟，故目前更适合于中压配电网的无功补偿㊂但各Ｈ桥逆变单元之间会因开关损耗㊁脉冲延时及电路器件参数的差异性导致直流侧电容电压的波动并偏离设定值［６－９］，会直接影响到装置的补偿效果及输出波形的质量［１０］㊂因此如何有效解决直流侧电压不平衡问题便成为了中压ＳＶＧ在实时补偿无功电流过程中要解决的一个关键性难题㊂目前人们针对解决电压不平衡的问题所提出的方法已屡见不鲜㊂文献［１１ １２］是从硬件上入手，通过附加一定的均压电路来实现交 直流侧的功率交换进而平衡直流电压，但改装后的设备体积大㊁运行成本高㊁功率损耗大，不利于生产㊂文献［１３］实现了中压领域级联ＳＴＡＴＣＯＭ直流侧电压的三级平衡控制，但该系统控制较为复杂，实用性差㊂文献［１４］采用一种基于模糊控制来代替传统的ＰＩ控制的电压平衡方法，虽获得了较好的稳态误差，但系统响应速度依旧很慢㊂文献［１５］提出了在主调制波信号基础上叠加一个能够实现交直流侧能量互换的微调量方法来进行均压控制，但并未给出具体的实施方案㊂本文通过分析级联ＳＶＧ的主电路结构，并结合公式推导证明了直流侧电压的波动过程，同时引入了一种自适应ＰＩ控制取代原来的ＰＩ控制㊂接下来深入研究了中压级联ＳＶＧ直流侧电压平衡分层控制策略，上层稳压结合改进的瞬时无功检测算法并引入自适应ＰＩ控制产生有功㊁无功指令电流，再通过前馈解耦控制及ｄｑ反变换生成的主调制波分量来改变ＳＶＧ与外部的能量交换来完成对电容的充放电，进而维持各相总电压的稳定及相与相之间的均衡㊂下层控制基于单位化输出电流的思想重构调制波微调量，用于叠加到上层控制生成的输出量中，从而控制各相内各单元电容电压均衡㊂最后基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ平台对此进行了仿真研究，并使用ＴＩ公司生产的ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２８３３６高性能核心控制器设计了３ｋＶ中压三级联ＳＶＧ试验装置，证明了该控制策略的有效性㊂１㊀直流侧电压波动过程㊀㊀在Ｈ桥级联的ＳＶＧ主电路结构中，由于不存在直流母线，会出现多种连接方式，其中星型连接所需级联模块最少，简单且易于实现，同时能够对非零序电流进行有效补偿，故相与相之间采用星型连接方式㊂首先每相是由多个相同的Ｈ桥单元级接而成，且各单元电容之间互不影响，再经过串联输出电感Ｌ㊁单相损耗的等效电阻Ｒ并入电网㊂其中ｕｓｉ㊁ｉｓｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ）分别为电网的三相输出电压㊁电流，ｉＬｉ㊁ｉｃｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ）分别为三相负载电流和ＳＶＧ的补偿电流㊂Ｕｄｃａｉ㊁Ｕｃａｉ（ｉ＝１，２，３）分别为Ａ相各单元电容电压及经Ｈ桥逆变后的输出电压，其他两相以此类推㊂Ｈ桥级联的ＳＶＧ主电路结构如图１所示㊂根据主电路的结构，直流侧的波动过程可通过如下的公式推导得以证明：Ｌｄｉｃａｄｔ＝ｕｓａ－ｕｃａ－ＲｉａＬｄｉｃｂｄｔ＝ｕｓｂ－ｕｃｂ－ＲｉｂＬｄｉｃｃｄｔ＝ｕｓｃ－ｕｃｃ－Ｒｉｃìîíïïïïïï（１）㊀㊀设各Ｈ桥单元直流侧电压均为Ｕｄｃ，由功率平衡可得：９ＵｄｃＣｄＵｄｃｄｔ＝ｕｃａｉｃａ＋ｕｃｂｉｃｂ＋ｕｃｃｉｃｃ（２）㊀㊀设ＳＶＧ的调制比为ｍ，无功控制角为δ，则有：ｕｃａ＝ｍＵｄｃｓｉｎ（ωｔ－δ）ｕｃｂ＝ｍＵｄｃｓｉｎωｔ－２π３－δ()ｕｃｃ＝ｍＵｄｃｓｉｎωｔ＋２π３－δ()ìîíïïïïï（３）㊀㊀联立（１）（３）式，并经过ｄｑ变换后可得：２㊀第６期㊀彭咏龙，等：中压级联ＳＶＧ直流侧电压均衡控制策略㊀图１㊀Ｈ桥级联ＳＶＧ的拓扑结构ＬｄｄｔｉｄｉｑＵｄｃéëêêêêùûúúúú＝－ＲωＬ－ｍｃｏｓδ－ωＬ－Ｒ－ｍｓｉｎδｍｃｏｓδ９Ｃｍｓｉｎδ９Ｃ㊀㊀０éëêêêêùûúúúúｉｄｉｑＵｄｃéëêêêêùûúúúú＋３２Ｕｓ００éëêêêùûúúú（４）㊀㊀由于无功控制角δ趋于０，故式（４）中的第三行可以简化为ｄＵｄｃｄｔ＝ｍ９ＬＣｉｄ（５）㊀㊀将式（５）两边同时乘以Ｕｄｃ进一步变形为ｄＵ２ｄｃｄｔ＝２ｍ９ＬＣＰｄ（６）㊀㊀当ＳＶＧ主电路参数Ｌ㊁Ｃ和调制比ｍ已知时，公式（５）表明直流侧电压的不平衡可以用ｄ轴的有功分量来表征，同时调制比的改变也会引起直流侧电压的波动，因此需要一定平衡控制方法对电网输出的有功指令电流进行调节，使直流侧电压稳定在某个波动范围㊂２㊀控制原理２ １㊀自适应ＰＩ控制原理在整个电压平衡控制系统中，需要用到大量的ＰＩ控制器，为了克服由于传统ＰＩ参数固定造成的ＳＶＧ装置响应速度慢㊁实时性差㊁跟踪性能不好的缺陷，提出了一种基于自适应ＰＩ控制用来代替传统ＰＩ控制的方法，该方法能够在负载跃变的条件下，运用ＰＩ调节参数自适应地对误差进行在线辨识并加以控制，直至控制器达到最佳状态为止㊂以下（７） （１１）式构成了整个自适应ＰＩ控制算法㊂ＫＬ＝ΔｉΔｔ（７）Ｌ＝Ｋ１ＫＬ（８）Ｒ＝ｕ（ｔ）ｉ（ｔ）（９）Ｋｐ＝Ｋ２ＬＹ∗ＲＸ（Ｙ∗－Ｙ）（１０）ＫＩ＝Ｋ３Ｋｐ－Ｋ４ＬＲ（１１）式中：ＫＬ为电感计算系数；Ｋ１㊁Ｋ２㊁Ｋ３㊁Ｋ４为修正系３㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年数；Ｌ㊁Ｒ分别为等效电感㊁电阻计算值；Ｘ为控制器输入值；Ｙ为控制器输出值；Ｙ∗为控制器的期望输出值；ＫＰ㊁ＫＩ分别为自适应ＰＩ调节器的比例㊁积分系数，二者将作为整个算法的核心控制部分㊂ＫＰ能够加快响应速度和增强稳定性，ＫＩ可以在短时间内消除稳态误差，结合二者的优势，灵活地运用电压自适应参数ＫＰ和ＫＩ进行电压调节，用电流自适应参数ＫＰ㊁ＫＩ进行电流调节，且调节过程中需要根据采样电压㊁电流的变化率，利用修正系数对相关参数不断地更新，从而完成整个自适应ＰＩ控制过程㊂２ ２㊀直流侧电压平衡控制原理由图２可以看出整个控制原理可以叙述为：基于瞬时无功理论和上层稳压控制的检测环节产生了有功指令电流ｉｄ∗㊁无功指令电流ｉｑ∗㊂同时，ＳＶＧ装置输出的补偿电流经ｄｑ变换后将生成实际的有功电流分量ｉｄ㊁无功电流分量ｉｑ，指令值与实际值在进行前馈解耦控制后再经ｄｑ变换即可生成ＳＶＧ的三相输出电压主调制波，在此基础上分别叠加一个由下层均压控制产生的调制波微调量Δｕｃｍｉ（ｍ＝ａ，ｂ，ｃ；ｉ＝１，２，３），最后生成逆变器开关的驱动信号，从而控制各直流侧电压的均衡㊂图２㊀整个系统控制框图３㊀分层控制策略㊀㊀级联型ＳＶＧ已被逐渐应用在中压场合来进行无功补偿，但直流侧电压的波动会造成器件功率损耗的增加和输出波形质量的下降，使得ＳＶＧ装置的补偿效果变差㊂可见，控制直流侧电压的平衡是保证中压ＳＶＧ能够正常工作的前提条件，由此本文提出了一种新颖的分层控制方法㊂３ １㊀上层稳压控制上层控制主要通过调节有功分量的大小来维持直流侧各相总电压的稳定，进而确保ＳＶＧ能够快速跟踪指令电流的变化㊂由式（６）可知，稳态时有功分量与直流侧电压的平方存在线性比例关系，为了对电压进行快速跟踪，将直流侧各单元电压参考值ｕ∗ｄｃｘｉ与其平均值ｕｄｃｘ＿ａｖｅ的平方之差作为输入量，经带有自适应参数ＫＰ和ＫＩ的调节器输出有功调节分量Δｉｐｘ后，再乘以与电网电压相位一致的正弦值叠加到输出补偿指令电流上，由前３个自适应ＰＩ控制器构成的部分可看作相间均压控制过程；所有直流侧电容电压均值的平方ｕ２ｄｃ＿ａｖｅ与单个电容电压参考值的平方ｕ∗２ｄｃ做差后送入第４个自适应ＰＩ控制器调整后便得到了基波有功电流分量指令值，此部分可看作直流侧电压的全局控制㊂而最后将相间与全局控制中所得到的量送入瞬时无功检测环节便得到了ＳＶＧ输出三相补偿指令电流㊂上层稳压控制的原理图如图３所示㊂３ ２㊀下层均压控制由于直流侧各单元之间存在自身损耗的差异，会直接导致各模块电压之间出现不同程度的偏移，通过改变调制波大小可以有效调节交流侧电压，若在主调制波基础上叠加一个微调量，便可从不同的维度去改变交流侧能量，进而控制直流侧电压㊂调制波微调量的构造方法很多，本文在采用自适应ＰＩ控制代替传统的ＰＩ控制的同时，基于单位化输出电流的思想，将一个周期内ＳＶＧ的瞬时补偿电流ｉ０与最大补偿电流Ｉ０的比值作为如４㊀第６期㊀彭咏龙，等：中压级联ＳＶＧ直流侧电压均衡控制策略㊀图３㊀上层稳压控制框图式（１２）中的某一交流信号 ｓ（该方法可根据具体需求单独或同时地应用于补偿谐波和无功场合）；然后选择合适的自适应参数ＫＰ和ＫＩ，并根据直流侧相内各单元电压实际值ｕｄｃｉ与参考值ｕ∗ｄｃｉ的偏差进行实时在线调整，将其输出调整值乘以交流信号 ｓ，即生成了如式（１３）所示的调制波微调量（其中ｋ的正负可用来表示信号 ｓ的方向，当ｋ＝１时，ｉ０呈容性；ｋ＝－１时，Ｉ０呈感性），为确保下层相内均压控制不对上层整体稳压控制产生影响，取前两个补偿量之和的相反数作为最后一个调制波补偿量㊂这样不仅简化了控制系统的参数，且进一步提高了负载突变时的动态跟踪能力，更好地体现了每相各单元电压的均衡性㊂Ｓ＝ｉ０／Ｉ０（１２）ΔＶｄｃｉ＝ｋ（ｕｄｃｉ－ｕ∗ｄｃｉ）Ｋｐ＋ＫＩｓæèçöø÷Ｓ （１３）㊀㊀基于以上理论分析便得出如图４所示的Ａ相相内均压过程㊂图４㊀Ａ相直流侧各单元均压控制５㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年㊀㊀由图４可知下层控制主要是控制每相各单元直流电压的均衡㊂它是保证ＳＶＧ每相输出电压不变的同时，在全局稳压控制的基础上每相各单元叠加一个基于单位化电流构造的调制波微调量Δｕｄｃｉ，通过从电网吸收不同的有功功率来补偿各单元自身的功率损耗，从而动态地改善各模块吸收的能量，以达到相内直流电压均衡的目的㊂４㊀仿真及实验验证４ １㊀仿真验证为了证实本文所提出改进方法的准确性，基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ的平台，并以阻感型三相不控整流桥作为非线性负载，对３ｋＶ星接Ｈ桥中压三级联ＳＶＧ进行了仿真研究㊂其主要仿真参数设置如下：系统线电压为３ｋＶ，级联ＳＶＧ容量为３００ｋＶＡ，各单元直流电压为９００Ｖ，直流电容为２ｍＦ，主电感为３ｍＦ，开关频率为１０Ｈｚ㊂仅加入上层稳压控制时，可得到如图５所示的Ａ相直流侧总电压波形，设参考电压值为２７００Ｖ，初始电压为２３００Ｖ，从图中可以得知起初经过短暂的波动后，基本上收敛于２７００Ｖ左右，同时反应了自适应ＰＩ控制响应速度快㊁稳态性能好的特点，很好地实现了上层稳压控制㊂图６为仅采用了上层控制后直流侧各单元电压的波动情况，各单元参考电压值为９００Ｖ，初始图５㊀Ａ相直流侧上层稳压控制电压设为８６０Ｖ，从图中可以看出由于各单元之间存在的自身损耗差异，造成了电压较大的波动并呈发散趋势，严重时会因开关应力过大而导致器件损坏㊂在引入下层均压控制后，从图７中可以看出各单元间电压在短时间内能够较快地收敛于９００Ｖ左右并趋于稳定，上下波动不超过２５Ｖ，误差率为２ ７％，较好地实现了各单元均压㊂图６㊀Ａ相各单元电压不均衡控制情况图７㊀采用均压控制后各单元电压４ ２㊀实验验证为进一步使所提出直流侧电压平衡控制策略得到有效和精确地验证，本文采用基于ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３６型ＤＳＰ芯片作为主开发板，搭建了３ｋＶ中压级联ＳＶＧ实验样机如图８所示，其参数设置与仿真参数基本上保持一致㊂当加入分层控制策略后，为了进一步体现系统的动态性能，图９显示了０ ４８ｓ之前每个模块６㊀第６期㊀彭咏龙，等：中压级联ＳＶＧ直流侧电压均衡控制策略㊀图８㊀ＳＶＧ实验平台图电压都趋于一稳定值，在０ ４８ｓ时刻负载突然发生了变化，并经过０ １ｓ的波动后均能够迅速恢复到平衡状态，且偏差较小，电压均衡效果显著㊂为了进一步体现ＳＶＧ最终的补偿效果，图１０中展示了电网电流的动态补偿情况，从图中可以看出网侧电流波形几乎接近正弦，补偿后的谐波畸变率为２ ７８％，即使在负载迅速变化时也具有良好的动态补偿效果，充分证明了改进的分层控制方法在中压领域应用的可靠性㊂图９㊀突变前后直流侧各单元电压实验波形图１０㊀引入控制方法后的三相补偿电流５㊀结论㊀㊀针对中压级联Ｈ桥ＳＶＧ系统，本文从整体稳压和各模块均压两个层面来解决直流侧电压不均衡问题㊂上层控制主要由全局稳压控制㊁相间均压及无功电流检测３部分构成，它通过引入以电压平方差为输入量的自适应ＰＩ外环控制提高电流跟踪能力，通过生成的有功指令电流与改进的瞬时无功检测算法相结合建立直流侧电压主调制波分量，用来维持各相总电压的稳定；下层均压控制则通过重构一种基于单位化电流的调制波微调量，用来叠加在上层控制产生的主调制波上实现相内电压均衡㊂本文所提方法不仅实现了直流侧电压平衡，且在负载突变情况下也达到了良好的均压效果，同时提高了电流的跟踪补偿精度㊂仿真和实验结果验证了该分层控制算法的准确性，并在中压领域存在一定的实用性㊂参考文献：［１］王宝安，商姣，陈豪．ＳＶＧ用于单相负荷电能质量综合治理时电流指令的计算［Ｊ］．电力自动化设备，２０１６，３６（２）：５７－６４．［２］刘云峰，何英杰，尹仕奇，等．基于空间矢量调制的星形级联Ｈ桥ＳＶＧ直流侧电压控制方法研究［Ｊ］．电工技术学报，２０１５，３０（５）：２３－３２．［３］徐榕，于泳，杨荣峰，等．Ｈ桥级联ＳＴＡＴＣＯＭ直流侧电容电压平衡控制方法［Ｊ］．电力自动化设备，２０１５，３５（５）：１５－２２．７㊀㊀电力科学与工程㊀２０１８年［４］丁明，陈中，张国荣，等．级联Ｈ桥储能变换器直流波纹电流的无源与有源抑制策略［Ｊ］．电力自动化设备，２０１６，３６（４）：１９－２４．［５］刘桂英，邓明峰，粟时平，等．Ｈ桥级联ＳＴＡＴＣＯＭ直流侧电压控制新方法［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２０１５，２７（１０）：４８－５５．［６］王顺亮，宋文胜，冯晓云．一种单相级联Ｈ桥整流器电压快速平衡方法［Ｊ］．电机与控制学报，２０１６，２０（５）：３７．［７］李玲玲，鲁修学，吉海涛，等．级联Ｈ桥型ＳＶＧ直流侧电压平衡控制方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１６，３１（９）：１－７．［８］耿俊成，刘文华，袁志昌．链式ＳＴＡＴＣＯＭ电容电压不均衡现象研究（一）仿真和实验［Ｊ］．电力系统自动化，２００３，２７（１６）：５３－５７．［９］耿俊成，刘文华，袁志昌．链式ＳＴＡＴＣＯＭ电容电压不均衡现象研究（二）数学模型［Ｊ］．电力系统自化，２００３，２７（１７）：３５－３９．［１０］刘文亚，姚刚，何娈，等．基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，４３（４）：９４－１０１．［１１］刘文华，宋强，滕乐天，等．基于链式逆变器的５０ＭＶＡ静止同步补偿器的直流电压平衡控制［Ｊ］．中国电机工程学报，２００４，２４（４）：１４５－１５０．［１２］臧春艳，斐振江，何俊佳，等．链式ＳＴＡＴＣＯＭ直流侧电容电压控制策略研究［Ｊ］．高压电器，２０１０（１）：１７－２１．［１３］ＹＯＳＨＩＩＴ，ＩＮＯＵＥＳ，ＡＫＡＧＩＨ．ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｍｅｄｉｕｍｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｌｅｓｓｃａｓｃａｄｅＰＷＭＳＴＡＴＣＯＭｗｉｔｈｓｔａｒ⁃ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＩＥＥＥ４１ｓｔＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔａｍｐａ，ＦＬ：ＩＥＥＥ，２００６．［１４］ＬＩＵＺ，ＬＩＵＢＹ，ＤＵＡＮＳＸ，ｅｔａｌ．ＡｎｏｖｅｌＤＣｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｓｃａｄｅｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌＳＴＡＴＣＯＭ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１２，２７（１）：１４－２７．［１５］林志勇，江道灼，周月宾，等．基于级联Ｈ桥换流器的ＡＰＦ⁃ＳＴＡＴＣＯＭ的控制与调制［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１４，４２（７）：９１－９６．８。
级联H桥SVG控制策略研究
0 引言针对智能配电网，如果要提高功率系数，就需要采用无功补偿设备减少变压器以及线路的损耗，从而改善配电环境。
因此，有效选取无功补偿设备对电网来说是非常关键的。
好的设备可以减少传输损耗、提高电能质量[1]。
否则，就可能导致电压波动、谐波增大等。
对于无功补偿装置的选取，以TCR 为代表的静止无功补偿器（SVC）与静止无功发生器（SVG）进行比较，SVG 以快速性、多重化拓扑、补偿电流谐波含量小的优势[2]。
然而，分布式电源的引入打破了电网的平衡。
因此，级联H 桥SVG 凭借自身模块化、扩展性强以及具备良好的谐波特性而被普遍使用。
因此该文研究并分析了SVG 的检测、控制方法。
1 基于瞬时对称分量法i p -i q 的无功检测方法电网不平衡时，采用基于瞬时对称分量法的i p -i q 法来检测无功。
瞬时对称分量法在该处的作用为分离电网侧电压及电流，并得到它们的正负序分量。
首先，利用Clark 变换对三相电压、电流进行转换，如公式（1）所示。
（1）式中：u a 、u b 和u c 为电网侧三相电压；u α为三相电压在α轴上的分量；u β为三相电压在β轴上的分量。
令u ，为虚单位。
其向量图如图1所示。
u +是u 逆时针旋转所得，u -是u 顺时针旋转所得，且u u u ，那么就有新公式，如公式（2）所示。
uu u u u uu u（2）令uue e 这就是幅频响应，φ为函数u （t ）在时间为t 处的相位、U +、U -分别为电网电压正负序分量的有效值。
可以得到新公式，如公式（3）所示。
u uu uuuu uu ee eeee（3）将公式（2）与公式（3）联立，得到新公式，如公式（4）所示。
u uueeu uu（4）当时间为t 时，要得出电压的基波正、负序分量，应对上式求解，如公式（5）所示。
u u uu uue e（5）将公式（5）展开，并求极限，如公式（6）所示。
u u d u duuud d（6）将（t ）u代入上式，并对其进行abc -αβ0变换，得到公式（7）和公式（8）。
基于级联H桥逆变器的SVG直流侧电压控制策略
ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ Ｇ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ － ａ ｘ ｉ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｓ Ｖ Ｇ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｄ － ａ ｘ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
ｏ ｕ ｔ ｐｕ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ＤＣ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ 。 Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｎｅ ｓ ｓ ． Ｋ ｅ ｙ Ｗ ｏｒ ｄｓ Ｓ ＶＧ ，Ｉ Ｘ；ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｕ ｎ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ，ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ，ｄ － ａ ｘ ｅ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｃｌ ａ ｓ ｓ Ｎｕ ｍｂ ｅｒ ＴＭ ７ ６２
H桥级联变流器直流侧电容电压的控制策略仿真
的仿 真波形如 图 ３ （ ａ ） 所示 ， 随后偏差 逐渐增 大 ， 最终 发散 ； 在加 入电
容 电压平衡控制后 ． 直流侧电容电压的仿真波形如 图 ３ （ ｂ ） 所示 ， 三个 Ｈ桥的直流侧电容 电压最后都稳定在 ２ ０ ０ Ｖ 。 达到 了预期的控制 目 标。
图１ 单相级联 Ｈ桥 变流 器的主 电路拓 扑
【 摘 要】 直流电容 电压的稳定是 Ｈ桥级联 变流 器全可靠运行的关键 。本文介绍 了一种 Ｈ桥直流 电容 电压的分层控制 策略 。 在Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／
ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中搭 建了仿真模型 ， 仿真结果说 明该策略能使直流侧电容 电压保持稳 定 ， 具有一 定的工程应用价值。 【 关键词 】 Ｈ桥 级联 ； 电容电压 均衡控制 ； Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 仿真
平衡的主要 原因 ； 谐波 、 串联型损耗差异不影响 电容电压平衡 ； 电容器
容 量差异 只会影 响电压 的动态过程 与稳 态分配无关 。 因此 ， 在仿真模
１ Ｈ桥直 流侧 电压控制策略
型中 ． 将 Ｈ桥 直流侧并联受控电流源以模拟开关损耗 ， 电流源的大小
与逆变器 电流的有效值成正 比：将 ｎ桥直流侧并联 电阻以模 拟并联 单相级 联 Ｈ桥变 流器的 主电路拓扑 如图 １ 所示 ． 以３ 个 单元级 型损耗 联为例。其 中， 为 电网电压 ， ｉ 为变 流器 电流 。
遥
１ ． １ 控制方案 本文采用分 层控制策 略『 引 ： 第一层控制 总的直 流侧 电容电压稳定 在给定值 。 第二层控制各个 Ｈ桥直 流侧 的电容 电压平衡 。
墨
ｔ ／ ｓ
（ ａ ） 没有电容电压平衡控制 （ ａ ） 第一层直流 电压控制原理框图
五电平级联H桥直流侧电容电压控制
五电平级联H桥直流侧电容电压控制摘要：为解决五电平级联H桥工作过程中直流侧电容电压存在波动的问题，对目前控制方法进行分析的基础上提出了一种新的直流侧电容电压平衡控制方法。
通过向各相的参考电流中都叠加一定的有功电流来控制三相电压的平衡，在两个H桥单元的电压调制波中分别叠加与有功电流同相位但符号相反的电压来控制同相直流侧电容电压的平衡，使直流侧电容电压维持在给定值附近。
仿真结果验证了该方法的有效性。
关键词：五电平；级联H桥；电压平衡1 引言五电平级联H桥型逆变器是一种较为新颖的多电平拓扑结构。
该拓扑结构具有对电网谐波污染小、输入功率因数高、不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置、输出波形好、不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动等优点，且各变流器单元的工作负荷一致，电路设计可以使用功率单元旁路电路从而使得控制系统可以在线切除故障单元以保证系统继续工作，易于模块化和易于采用软开关技术。
这种拓扑结构有一个特点：即电路的每个基本单元都需要用一个独立的直流电源来实现钳位功能；随着输出波形电平数增加，串级单元使用的直流电源数也将增加[1]。
虽然在APF系统中并不需要直流侧提供有功功率，直流侧可采用电容来代替直流源。
但由于级联H桥型变流器的直流侧电容数量较多，只有在直流侧电容电压平衡且维持在参考值的情况下才能保证有源滤波器的正常工作，因此，对于直流侧电容电压的平衡控制也有待进一步的研究[2~5]。
针对五电平级联H桥有源滤波器直流侧三相独立，电容较多的特点，本文提出了一种直流侧电容电压平衡控制方法，并进行了仿真分析，结果证明了该方法的正确性。
2 五电平级联H桥的工作原理图1所示为基于五电平级联H桥逆变器的并联型APF的拓扑结构。
图1 基于五电平级联H桥逆变器的并联型APF拓扑结构五电平级联H桥逆变器采用文献[6]提出的半周期载波移相技术。
每个模块的输出都是两个三角波与调制波相交产生的PWM信号的叠加，是三逻辑信号。
一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法
一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法王顺亮;宋文胜;冯晓云【摘要】为了满足高速列车轻量化、高速化的发展需求,以多电平变流器为核心的电力电子变压器取代笨重的工频牵引变压器成为当前电力牵引传动系统领域的研究热点.本文以电力电子变压器的牵引传动系统前端级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,提出了一种适用于单相任意单元数级联H桥变流器的通用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法.并给出了各个基本矢量作用时间的计算方法,通过优化矢量作用顺序,使得该调制算法引起的网侧电流畸变较小,各功率器件开关切换次数一致,并且该调制算法本身不会引起直流侧电容电压不平衡.针对其他原因引起的电容电压不平衡问题,提出了一种基于叠加补偿分量调节冗余基本矢量作用时间的SVPWM方法,使得该调制方法具有电容电压平衡能力.计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的可行性及直流侧电容电压平衡控制的有效性.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】8页(P26-33)【关键词】级联H桥整流器;单相;SVPWM;电容电压平衡控制;补偿分量【作者】王顺亮;宋文胜;冯晓云【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM46近年来，虽然高速铁路技术在国内外都取得了飞速的发展，但客运列车的进一步提速仍面临着众多挑战。
其轻量化是高速列车发展与进一步提速的关键技术之一，车载电气化设备的轻量化是高速列车轻量化技术研究的一个重要方面。
高速列车的轻量化要求与工频牵引变压器的笨重、体积庞大间的矛盾尤为突出[1-2]。
无工频牵引变压器技术是随着高速铁路小型轻量化要求提出的，需采用以多电平变流器为核心的电力电子变压器技术。
2011年ABB公司研制出1.2 MW世界首辆电力电子变压器交流传动机车，其不但降低了重量和体积，提高了功率密度和效率，而且能获得更好的电能质量以降低对牵引供电网的影响[2-3]。
H桥级联型整流器电容电压平衡控制策略
H桥级联型整流器电容电压平衡控制策略杨飏;张犁【摘要】针对H桥级联型整流器( cascaded H-bridge rectifier, CHBR)的电容电压平衡问题,在建立CHBR数学模型的基础上,研究了一种基于PI控制的直流侧电容电压平衡控制策略,采用载波移相调制策略( carrier phase-shifted SPWM,CPS-SPWM) ,理论推导出调制比与有功功率之间的关系,得出该电容电压平衡控制的均压范围.搭建了三模块CHBR的仿真模型和试验样机,试验结果验证了该算法具有较好的均压能力.%Cascaded H-bridge rectifier( CHBR) are usually used in the high-voltage situations such as APF ( Active Power Filter) and PET ( Power Electronic Transformer) . Further, the capacitor voltage balancing is an important issue of this topology. Based on the mathematical model of CHBR, a novel PI-based capacitor voltage balancing method is proposed with the carrier phase-shifted SPWM technique. The relationship between the modulation index and the active power of cells is deduced by the mathematical analysis, and the voltage range of proposed capacitor voltage balance control is derived. A three-module CHBR simulation model, as well as an experimental prototype, is built. Experimental results indicate that the presented method has good performance on the capacitor voltage balance.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】6页(P371-376)【关键词】H桥级联型整流器;大容量整流器;整流器电容电压;载波移相调制;电压平衡控制;负载不平衡度【作者】杨飏;张犁【作者单位】南京铁道职业技术学院,江苏南京 210031;河海大学能源与电气学院,江苏南京 211100【正文语种】中文【中图分类】TM464近年来,H桥级联型整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)因其控制简单、易于模块化等优点已经成功应用于大功率场合[1-6]。
级联H桥整流器直流侧电压平衡控制策略
级联H桥整流器直流侧电压平衡控制策略
卢毅;巫春玲;郑晅;巨永锋
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2022(30)9
【摘要】针对电力电子变压器的重要前置组成部分级联H桥整流器的输出电压平衡问题,提出一种基于模拟控制单元和数字控制单元相结合的电压平衡模块化控制策略。
所提控制策略由模拟控制单元和数字控制单元构成,模拟控制单元为双闭环控制,外环为比例积分控制,内环为滞环控制,实现所有H桥单元输出总电压的无误差控制及功率因数校正;数字控制单元通过排序算法实现每个H桥单元输出电压的平衡控制;同时,文中对系统的参数进行了详细的设计。
在Matlab/Simulink中搭建了5个H桥单元、十一阶的级联H桥整流器,对文中所提出的控制策略进行了仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。
【总页数】7页(P75-81)
【作者】卢毅;巫春玲;郑晅;巨永锋
【作者单位】江苏省交通工程建设局;长安大学电子与控制工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN108.4
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基于调制波重构的级联H桥型变流器直流电压均衡控制原理分析
基于调制波重构的级联H桥型变流器直流电压均衡控制原理分析北京交通大学电气工程学院的研究人员吴丽然、吴命利，在2017年第22期《电工技术学报》上撰文，为了抑制级联H桥型变流器直流电压的不均衡，分析变流器交流侧和直流侧的功率传输，然后以调制波重构的思想详细分析直流电压均衡控制的原理。
提出基于单位化的变流器输出电流构造调制波微调量的改进直流电压均衡方法。
根据分析结果，给出在整流、无功补偿、谐波补偿等应用场合直流电压均衡控制策略的构成方法及建议。
仿真和实验结果表明直流电压均衡控制策略的有效性。
级联型多电平变流器也称为级联H桥型（Cascaded H-Bridge, CHB）变流器或多单元串联型多电平变流器，由于是多单元串联、各单元结构相同，在直流侧相互独立，易采用模块化设计和安装，能够实现高电压、多电平的输出，成为高电压大功率电力电子装置的主流拓扑结构，广泛应用于静止同步补偿器、光伏并网逆变器、电力电子变压器等场合[1-4]。
级联H桥型变流器也存在缺点：由于开关损耗、器件断态损耗、电容自身损耗和吸收回路损耗的差异以及输入脉冲延时的不同会造成直流电压的不均衡[5,6]，而直流电压的均衡是级联H桥型变流器正常工作的基础。
因此，直流电压均衡控制是级联H桥型多电平变流器的研究热点。
文献[7,8]采用增加额外均衡电路的方法调节等效并联损耗或直流母线能量实现了直流电压的均衡，虽然没有增加控制算法的复杂程度，但是增加了硬件电路的功率损耗。
文献[9]利用单元间直流电压差实现均衡控制，但仅适合两单元级联变流器。
文献[10]阐述了脉冲轮换均衡电压的原理，采用叠加有功电压矢量的方法。
文献[11-14]实现了级联H桥型静止无功补偿器直流电压的均衡控制。
文献[15]实现了级联H桥型整流器直流电压的均衡控制，但缺少详细的直流电压均衡控制原理的分析，且均衡方法不具有通用性。
文献[16]通过沿电流放电建立微调量实现了级联静止无功发生器（Static VarGenerator, SVG）直流电压均衡控制。
一种适用于级联H桥整流直流侧电容电压快速平衡的新型调制方法
一种适用于级联H桥整流直流侧电容电压快速平衡的新型调制方法王聪;张国澎;王俊;蔡莹莹【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)008【摘要】针对无工频变压器大功率多电平变流器级联H桥(Cascaded H-Bridge,CHB)整流级的结构与特点,本文提出了一种使单位功率因数下运行的CHBR 在安全工作区的优化工作点上工作的概念以及相应的新型调制策略.该新型调制策略不仅可以使负载突变后CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到快速平衡,还可以使CHBR各级联H桥负载的不平衡程度达到最大限度地扩展.本文首先从理论上对于所提优化工作点的概念进行了讨论,然后分析了新型调制策略可以使CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到最快平衡的基本原理,同时给出了在此优化工作点下,CHBR各级联H桥负载容许的不平衡程度最大值的定量描述.之后进一步详细讨论了利用CHBR交流侧输出电压与输入电流的极性关系,通过二维调制区域中两条不同的调制轨迹的相互配合,实现新型调制策略的具体方法,最后通过搭建的试验平台验证了该调制方法的正确性和优越性.【总页数】8页(P120-127)【作者】王聪;张国澎;王俊;蔡莹莹【作者单位】中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TM461【相关文献】1.级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制 [J], 王晓晨;杜超超2.一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法 [J], 王顺亮;宋文胜;冯晓云3.一种H桥级联型PWM整流器的直流母线电压平衡控制新方法 [J], 陶兴华;李永东;孙敏4.一种H桥级联型PWM整流器的电容电压优化平衡控制 [J], 武琳;刘志刚;洪祥;李耀华5.H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法 [J], 徐榕;于泳;杨荣峰;于雁南;徐殿国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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将叠加到调制电压上的电压量相380v电网频率为50hz连接电感为15mh为1000hz为模拟等效损耗不同并联在电容ubaikbcostrdca1130rdca2170rdcb1180rdcb2210rdcc1230rdcc2260压分量对其他相无影响并且相位信息由锁相所投入桥间的独立平衡控制前后各桥直流侧电容电压瞬时值波形如图7所示03s时投入独立平衡控制三7a可见各桥直流52合肥工业大学学报自然科学版第37卷侧电容电压均独立平衡控制投入前后电容电压在仿真实验中电阻在02s相各桥的电容电压在损耗变化前后发生变化但平衡控制依然有效相的损耗变化前后不变
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ＤＣ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ Ｈ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｖ ａ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ （ Ｓ ＶＧ），ａ
压叠 加分 量 ２ 种方法之 间内在联 系进行详细理论分 析 ， 将２ 种方法相结合并在此基 础上加 以改进 ， 提 出了一 种 可实现 级联 Ｈ 桥 Ｓ Ｖ Ｇ中各相桥 间电容 电压独立平衡 控制 的简 化叠加 有功分量 方法 。该 方法无需 外加设
备， 通过引入锁相得到 的相位信息代替 Ｓ Ｖ Ｇ输 出电流加 以简化 ， 将控 制额外 电压作为有功分量叠加到调制 电
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ，Ｈｅ ｆ ｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ ，Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ０ ９，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
ｂ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ＶＧ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ
第３ ７ 卷 第ｌ 期
２ ０ １ ４年 １月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦ ＥＩ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ １ ． ３ ７ Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ４
Ｄｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — ５ ０ ６ ０ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ １ １
压上 ， 以实现直 流侧 电容 电压 的独立平衡控 制 ， 有效地提 高 了 Ｓ Ｖ Ｇ的稳定性 能 ， 仿 真结果验证 了该方法 的可
行性 。
Байду номын сангаас
关键词 ： 静止无功发生器 ； 级联 Ｈ桥 ； 直流侧电容电压平 衡控制 ； 有功分量 中图分类号 ： ＴＭ４ ６ ４ ． ２ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ － ５ ０ ６ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ４ ８ － ０ ５
级联 Ｈ 桥 Ｓ ＶＧ 直 流侧 电容 电压 平 衡 控 制
王 晓晨 ， 杜 超 超
（ 合肥 工业大学 电气与 自动化工 程学院， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘
要： 文章针对级 联型静止无功发生 器（ Ｓ ＶＧ） 直流侧 电容电压平衡控制 的问题 ， 对插 入额外 电压 和调 制电