一种高电能质量输出的电力电子变压器及其控制方法

摘要

本发明提供了一种高电能质量输出的电力电子变压器及其控制方法，所述的电力电子变压器拓扑结构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，前三相桥臂采用基于PIR控制器的输出电压外环和基于PI控制器的电感电流内环的双闭环控制策略，第四桥臂采用基于比例谐振的中线电流独立控制方法；本发明利用频域理论中频率特性曲线和根轨迹等相关方法对双闭环PIR‑PI控制器参数进行分频段整定，有效地提高稳定性的同时兼顾系统的稳态误差和鲁棒性要求。

主权项

一种高电能质量输出的电力电子变压器的控制方法，所述的电力电子变压器拓扑结构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，所述逆变器包括四桥臂逆变电路和LC滤波电路，所述的四桥臂逆变电路由直流电解电容和八个带反并联二极管的IGBT构成，所述的LC滤波电路由三相LC滤波器和第四桥臂中线电感构成，负载中性点通过中线电感与第四桥臂中点相连；前三相桥臂的控制电路设有电压外环PIR控制器和电流内环的PI控制器，第四桥臂的控制电路设有中线电流的PR控制器；其特征在于：所述电力电子变压器的控制方法步骤包括如下：(1)获取三相负载输出电压u_oau_obu_oc、电感电流i_Lai_Lbi_Lc、负载电流i_oai_obi_oc及中线电流i_n；(2)将步骤(1)中的物理量分别通过基波正序dq旋转坐标变换得到其d轴和q轴分量，即输出电压u_odu_oq、电感电流i_Ldi_Lq和负载电流i_odi_oq；(3)逆变器的前三相桥臂采用输出电压外环和电感电流内环的双闭环控制,以d轴为例，将步骤(2)中输出电压u_od与给定值作差，通过外环PIR控制器得到其内环电流给定值；接着将其与步骤(2)中电感电流i_Ld作差，通过内环PI控制器得到其d轴电压调制信号；其中，外环采用基于2、6倍谐振频率的比例积分谐振控制器，其传递函数为：式中K_P、K_I、K_Rh(h＝2、6)分别为比例系数、积分系数和谐振系数，ω_c为截止频率，ω_h为谐振角频率，s为微分算子；(4)逆变器的第四桥臂采用基于零序不平衡电流的闭环控制，将步骤(1)中三相负载电流i_oai_obi_oc进行叠加，取反后得到零序指令电流信号，将其与步骤(1)中线电感电流i_n作差，通过改进PR控制器得到第四桥臂的控制信号，其中改进PR控制器的传递函数为：式中K_P、K_R分别为比例系数和谐振系数，ω_c为截止频率，ω₀为基波角频率。