ISSN
1000-0054
清华大学学报(自然科学版)
2011
年第
51
卷第
7
期
7/26
903-908
CN
11-2223/N
J
Tsinghua
Univ
(Sα&.Tech)
，
201
1,
Vo
1.
5
1,
No.7
基于功率反馈的
H
桥级联型整流器电压平衡控制算法
陶兴华1.
2
李永东
孙敏
l
o
清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京
100084;
2.
海军工程大学电气与信息工程学院，武汉
430033)
摘
要:提出了一种基于功率反馈的直流母线电压平衡算
法，用于对
H
桥级联型
(cascaded
H-bridge
,
CHB)
脉冲宽度
调制
(PWM)
整流器的电压控制。建立了
CHB
整流器基于
平均意义下的数学模型;通过数学分析得到了各级整流器
稳态工作时有功功率与调制比之间的关系，依此推出基于功
率反馈的电压平衡控制算法，并对该算法的适用条件进行讨
论
p
在
MATLAB
上进行了
4
级级联的系统仿真，搭建
2
级
级联的实验样机进行实验研究。仿真与实验结果表明:该
算法在满足适用范围的前提条件下，能够实现对多级
CHB
整流器直流母线电压的平衡控制，且保证电流控制性能良好。
关键词:高压大容量变换器
z
级联
H
桥型整流器;电压平
衡算法
z
功率反馈
中图分类号:
TM
464
文献标志码
:A
文章编号:
1000-0054(2011)07-0903-06
Voltage balancing
control
algorithm
for
cascaded H-bridge
rectifier
based on
active
power
feedback
TAO
Xinghua
1.
2 ,
LI
Yongdong
1
,
SUN
Min
1
(1.
State Key Laboratory
oC
Control and Simulation
oC
Power
System and Generation Equipments
, Tsinghua University,
Beijing 100084,
China;
2. School
oC
Electrical
and
InCormation Science , Naval Engineering
University
,
Wuhan
430033 ,
China)
Abstract: A power-feedback based control
algorithm
was
developed
to
balance
the
DC-link voltages in a cascaded
H-bridge
(CH
B)
pulse
width modulation
(PWM)
rectifier.
The
average
mathematic
model
of the
CHB
rectifier is built.
The
relationship between the modulation
index
and
the
active
power
of
cells is deduced by
the
mathematic
analysis , from which
the
voltage balancing control
method
can be
derived.
Moreover
,
the
feasibility of
the
proposed
method
is also
discussed. Simulations
on
a four-cell
CHB
rectifier and
tests
on a
two-cell
prototype
indicate
that
the
CHB
rectifier can achieve good
performance
on
both
DC-link voltage balancing and grid
current
regulation.
Key words: high
power
and high voltage
converter;
cascaded
H-bridge
rectifier; voltage balancing
control;
active
power
feedback
H
桥级联型变换器
C
cascaded
H-bridge
con-
verter)
是以一个
H
桥电路作为基本能量变换单元，
多个基本能量变换单元级联起来而构成的拓扑结
构。该电路拓扑可以用耐压相对较低的功率开关来
实现较高电压级别的能量转换目标，结构模块化，扩
展性好。利用载波移相脉冲宽度调制
CPWM)
控制
技术，可获得很高的能量变换性能指标。因此，
H
桥级联型变换器是目前在各种高压大容量场合中得
到广泛应用的多电平能量变换拓扑结构[叫。
根据能量流动的方向不同，可以把级联型变换
器分为逆变器
CDC-AC)
和整流器
CAC-DC)
。对于
传统的逆变器来说，由于直流侧电压一般由变压器
通过二极管整流得到，其幅值可以认为固定不变。
因此
PWM
算法主要考虑的是输出波形的正弦度，
逆变器的损耗、效率等[叫。而级联型整流器具有
多路的直流电压输出，直流母线电压作为其中一个
主要的控制目标，其准确性、稳定性直接反映了控制
系统性能的优劣。因此，直流母线电压平衡问题一
直是该类拓扑的研究热点。
在已有的平衡算法中，大多数采用基于电压反
馈的控制策略
[1
川]。文口
oJ
详细讨论了几种采用
比例积分
CPD
调节器的双闭环控制结构，并给出了
PI
参数的整定方法。由于级联型拓扑的结构特点
决定了只能采用一个电流环去调节各级整流器输出
的直流母线电压，因此，各级整流器的调制比具有相
互捐合的特性。这使得
PI
参数的整定比较困难，尤
其在级数较多的情形下。文[l1
J
分析了母线电容在
各种工况下的充放电情况，采用滞环的方法控制各
收稿日期:
2010-07-19
基金项目:清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验
室自主研究项目
(SKLD08M03)
作者简介
z
陶兴华
0972-)
，男(壮)
，广西，讲师。
通信作者:李永东，教授，
E-mail: liyd@mail.
tsinghua.edu.cn
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