一种柔性直流换流站的脉宽调制优化方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510108679.0

申请日:

2015.03.12

公开号:

CN104753078A

公开日:

2015.07.01

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H02J 3/36申请公布日:20150701|||实质审查的生效IPC(主分类):H02J 3/36申请日:20150312|||公开

IPC分类号:

H02J3/36; H02J3/01

主分类号:

H02J3/36

申请人:

华南理工大学

发明人:

夏成军; 梁君君; 蓝海文; 张春朋

地址:

510640广东省广州市天河区五山路381号

优先权:

专利代理机构:

广州市华学知识产权代理有限公司44245

代理人:

罗观祥

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内容摘要

本发明公开了一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,包含以下步骤:在三相桥中,令各桥臂采用不同的开关时刻,构成12个方程;写出三相桥输出电压的傅立叶级数及其各次谐波次数;在5、7、11、13、17次谐波上的系数为0,而基波的系数为给定值,建立非线性方程组;求解所有方程,计算出12个开关时刻;建立开关时刻优化模型并在束条件下,以求解得到的开关时刻为初值,重新求解非线性方程组,则得到可用的开关时刻即优化后的开关时刻;通过优化后的开关时刻,换流站以较低的开关频率运行且能得到良好的输出波形。本发明的优化方法,使得换流站在较低开关频率下仍能得到良好的输出波形。

权利要求书

1.  一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,其特征在于,包含以下顺序的步骤:
S1.在三相桥中,令各桥臂采用不同的开关时刻,从而构成12个独立的方程;
S2.写出三相桥输出电压的傅立叶级数,其中含有12个变量,即上述的12个开关时刻;
S3.取出步骤S2中表达式中的各次谐波次数,在5、7、11、13、17次谐波上的系数为0,而基波的系数为给定值,建立非线性方程组;
S4.求解所有方程,计算出12个开关时刻;
S5.建立开关时刻优化模型,其目标函数以三相桥输出电压的17次及以下谐波幅值的平方和最小;约束条件如下:开关时刻具有合理性,以升序排列,且相邻时刻之间的时间差不小于8μs;
S6.在步骤S5的优化模型和约束条件下,以步骤S4求解得到的开关时刻为初值,重新求解步骤S3中的非线性方程组,则得到可用的开关时刻即优化后的开关时刻;
S7.通过优化后的开关时刻,换流站以较低的开关频率运行且能得到良好的输出波形。

2.
  根据权利要求1所述的柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,其特征在于:所述的换流站,其输出电压为奇函数且1/4周波对称。

3.
  根据权利要求1所述的柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,其特征在于:步骤S1或S2中,所述的三相桥的拓包含6只IGBT,即T1、T2、T3、T4、T5、T6,其中T1和T2串联,连接点引出交流端子A;T3和T4串联,连接点引出交流端子B;T5和T6串联,连接点引出交流端子C;还包含直流侧的电容器C1、C2,C1、C2串联,中点接地;T1、T3、T4的集电极与C1的正极并联,T2、T4、T6的发射极与C2的负极并联。

说明书

一种柔性直流换流站的脉宽调制优化方法
技术领域
本发明涉及柔性输配电和电力电子领域,特别涉及一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法。
背景技术
柔性直流输配电技术正在迅速发展,国内外电网中已有多项工程应用。对于采用两电平和三电平的换流站,为了减少输出的谐波,往往需要较高的开关频率,工程中一般不低于1kHz。较高的开关频率,会导致较大的开关损耗,降低换流站运行效率。因此,如何优化开关器件的脉宽调制方法,从而在较低开关频率下仍能得到良好的输出波形,始终是换流站关心的重点问题。
典型的脉宽调制方法有正弦调制、空间矢量调制和特定消谐调制。其中,特定消谐方法是通过调整开关时刻,来消除特定次数的谐波。通过优化这些开关时刻,则可以使得换流站以更低的开关频率运行。与特定消谐调制方法相比,要达到相同的谐波性能,正弦调制和空间矢量调制的载波频率较高,使得换流器开关损耗较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现:
一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,包含以下顺序的步骤:
S1.在三相桥中,令各桥臂采用不同的开关时刻,从而构成12个独立的方程;
S2.写出三相桥输出电压的傅立叶级数,其中含有12个变量,即上述的12个开关时刻;
S3.取出步骤S2中表达式中的各次谐波次数,在5、7、11、13、17次谐波上的系数为0,而基波的系数为给定值,建立非线性方程组;
S4.求解所有方程,计算出12个开关时刻;
S5.建立开关时刻优化模型,其目标函数以三相桥输出电压的17次及以下 谐波幅值的平方和最小;约束条件如下:开关时刻具有合理性,以升序排列,且相邻时刻之间的时间差不小于8μs;
S7.在步骤S5的优化模型和约束条件下,以步骤S4求解得到的开关时刻为初值,重新求解步骤S3中的非线性方程组,则得到可用的开关时刻即优化后的开关时刻;
S8.通过优化后的开关时刻,换流站以较低的开关频率运行且能得到良好的输出波形。
所述的换流站,其输出电压为奇函数且1/4周波对称。
步骤S1或S2中,所述的三相桥的拓包含6只IGBT,即T1、T2、T3、T4、T5、T6,其中T1和T2串联,连接点引出交流端子A;T3和T4串联,连接点引出交流端子B;T5和T6串联,连接点引出交流端子C;还包含直流侧的电容器C1、C2,C1、C2串联,中点接地;T1、T3、T4的集电极与C1的正极并联,T2、T4、T6的发射极与C2的负极并联。
本发明的工作原理如下:
如果周期函数f(x)以2π为周期,且f(x)满足狄里赫利条件,则在选定适当的系数后,可将f(x)精确地表示为
f(x)=a0+Σk=1(akcoskx+bksinkx)---(1-1)]]>
设直流分量a0=0,对于周期[0,2π]式中各系数可确定为
ak=1π∫02πf(x)coskxdx---(1-2.1)]]>
bk=1π∫02πf(x)sinkxdx---(1-2.2)]]>
令ak=cksinθk,bk=ckcosθk,可得
f(x)=Σk=1ckcos(kx+θk)---(1-3)]]>
式中
ck=ak2+bk2---(1-4)]]>

x=2πT=ωt---(1-5)]]>
其中T和ω为基波周期和频率
则有
f(t)=Σk=1ckcos(kωt+θk)---(1-6)]]>
cksinθk=ak=1π∫02πf(x)coskωtdωt---(1-7.1)]]>
ckcosθk=bk=1π∫02πf(x)sinkωtdωt---(1-7.2)]]>

c1=给定值         (2-1)
可得到2个方程:
a1=c1sinθ1=0       (2-1)
b1=c1cosθ1=c1       (2-1)
再令
c5=c7=c11=c13=c17=0      (2-1)
可得到10个方程:
ak=0=2Ud(-sinkt1+sinkt2-sinkt3+sinkt4-sinkt5+sinkt6+sinkt7-sinkt8+sinkt9-sinkt10+sinkt11-sinkt12)]]>
bk=0=2Ud(coskt1+coskt2-coskt3+coskt4-coskt5+coskt6-coskt7+coskt8-coskt9+coskt10-coskt11+coskt12)]]>
其中k分别从5、7、11、13、17取值。
这样就可以求解得到t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
一般的消谐方法只考虑一个桥臂的优化方案,或者通过两个桥臂互错120°来消除3倍频谐波。本发明提出,可以将三相桥的消谐角度统一考虑和计算,以实现在较低的器件开关频率时消除较多的谐波,达到更小的电压谐波畸变率 和更高的换流站运行效率。
附图说明
图1为本发明所述的柔性直流换电站的脉宽调制优化方法得到的桥臂电压输出波形图;
图2为优化前输出电压的谐波含量图;
图3为优化后输出电压的谐波含量图;
图4为三相桥的拓扑图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,包含以下顺序的步骤:
S1.如图4,采用三相桥拓扑时,在三相桥中,令各桥臂采用不同的开关时刻,从而构成12个独立的方程;
S2.写出三相桥输出电压的傅立叶级数,其中含有12个变量,即上述的12个开关时刻;
S3.取出步骤S2中表达式中的各次谐波次数,在5、7、11、13、17次谐波上的系数为0,而基波的系数为给定值,建立非线性方程组;
S4.求解所有方程,计算出12个开关时刻;
S5.建立开关时刻优化模型,其目标函数以三相桥输出电压的17次及以下谐波幅值的平方和最小;约束条件如下:开关时刻具有合理性,以升序排列,且相邻时刻之间的时间差不小于8μs;
S7.在步骤S5的优化模型和约束条件下,以步骤S4求解得到的开关时刻为初值,重新求解步骤S3中的非线性方程组,则得到可用的开关时刻即优化后的开关时刻;
S8.如图1,通过优化后的开关时刻,换流站以较低的开关频率运行且能得到良好的输出波形;图1中VAO为三相桥A相输出的对地电压,ω为角频率,t1~t12为各优化后的开关时刻,Vdc为直流电压。
所述的换流站,其输出电压为奇函数且1/4周波对称。
步骤S1或S2中,如图4,步骤S1或S2中,所述的三相桥的拓包含6只IGBT,即T1、T2、T3、T4、T5、T6,其中T1和T2串联,连接点引出交流端子A;T3和T4串联,连接点引出交流端子B;T5和T6串联,连接点引出交流端子 C;还包含直流侧的电容器C1、C2,C1、C2串联,中点接地;T1、T3、T4的集电极与C1的正极并联,T2、T4、T6的发射极与C2的负极并联。
由图2、图3可知采用本发明得到的输出电压的谐波含量显著低于传统方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

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本发明公开了一种柔性直流换电站的脉宽调制优化方法,包含以下步骤:在三相桥中,令各桥臂采用不同的开关时刻,构成12个方程;写出三相桥输出电压的傅立叶级数及其各次谐波次数;在5、7、11、13、17次谐波上的系数为0,而基波的系数为给定值,建立非线性方程组;求解所有方程,计算出12个开关时刻;建立开关时刻优化模型并在束条件下,以求解得到的开关时刻为初值,重新求解非线性方程组,则得到可用的开关时刻即优化。

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