多功率模塊并聯(lián)的換流器中均流電抗器值的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多功率模塊并聯(lián)的換流器中均 流電抗器值的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀(jì)的城市軌道交通是以節(jié)能環(huán)保為目標(biāo)的綠色交通系統(tǒng)，在整個城市軌道交 通系統(tǒng)中，車輛能耗的占比一般都超過整個系統(tǒng)能耗的50%。隨著城市軌道交通技術(shù)的迅 猛發(fā)展，對城軌車輛制動時產(chǎn)生能量的吸收和利用的研究越來越多。通過多換流器模塊并 聯(lián)，可以增加 UPS的容量及提高UPS的可靠性，但換流器并聯(lián)同時存在各個換流器模塊輸出 電流不一致的問題，則需要通過均流控制策略使得并聯(lián)系統(tǒng)的各個換流器模塊的輸出電流 一致。
[0003] 為了提高回收裝置的容量，模塊的串并聯(lián)技術(shù)是必不可少的，而模塊并聯(lián)帶來的 模塊間環(huán)流問題一直是困擾工程師的難題，目前，比較通用抑制環(huán)流的方法有通過均流控 制算法來抑制，還有一種是通過增加電抗器來抑制。通過均流控制算法來控制環(huán)流，一方面 效果不是很理想，另一方面可靠性不高。均流電抗器是由繞在同一鐵芯上的兩個匝數(shù)相同 的線圈組成（將線圈非同名端相聯(lián)接）的一種三端口器件，采用均流電抗器均流損耗小，并 且電感還有限制電流上升率的作用，能起到動態(tài)均流的效果。通過使用一個均流電抗器接 在兩個并聯(lián)的元件電路中，可以使得當(dāng)兩個線圈內(nèi)電流相等時，鐵芯內(nèi)激磁安匝相互抵消， 幾乎無鐵芯損耗；若電流不等時，由均流電抗器產(chǎn)生一個電勢，且所產(chǎn)生的電勢能夠使電流 小的元件支路電流增大、電流大的元件支路電流減小，從而自動達(dá)到均流的效果。因而在并 聯(lián)元件較多的情況下，通常會采用適當(dāng)數(shù)量的均流電抗器來實現(xiàn)動態(tài)均流，通過在其相鄰 支路中串聯(lián)極性相反匝數(shù)相等的線圈，當(dāng)發(fā)生電流不均時產(chǎn)生感應(yīng)電勢，使支路間保持均 流。
[0004] 在由多個功率模塊并聯(lián)構(gòu)成的換流器中加均流電抗器，可以抑制并聯(lián)模塊之間由 于器件導(dǎo)通關(guān)斷特性不一致，以及兩重控制脈沖之間的輕微延時而導(dǎo)致的環(huán)流。如圖1所 示為兩個變流器并聯(lián)構(gòu)成的換流器中連接均流電抗器的結(jié)構(gòu)，每相功率模塊之間連接均流 電抗器L的一相，L'均流電抗器中繞組的漏抗。當(dāng)兩個分支電流不同時，因鐵芯的磁耦合作 用，使繞在鐵芯上的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的產(chǎn)生勢圖使兩分支電流相等，從而形成 動態(tài)平衡。因逆變單元載波信號相位角不同，各并聯(lián)功率模塊瞬時輸出電壓不同，為了限制 由于各換流器功率器件瞬時開關(guān)狀態(tài)不同而導(dǎo)致的高頻電流分量，必須設(shè)置均流電抗器。
[0005] 均流電抗器會影響輸出電流響應(yīng)速度、系統(tǒng)冗余量以及系統(tǒng)體積等，因此均流電 抗器參數(shù)選擇對并聯(lián)型換流器或串并聯(lián)型換流器設(shè)計至關(guān)重要。目前在并聯(lián)模塊之間接入 均流電抗器時，通常是采用普通電抗器，存在電抗器損耗大、體積大、成本高等問題，且均流 電抗器都是基于經(jīng)驗取值，目前還沒有一套規(guī)范、科學(xué)的方法以確定取值，而均流電抗器取 值將直接影響到均流效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種具有實現(xiàn)方法簡單、能夠直接確定換流器中使各功率模塊之間達(dá)到均流時所需的均流電 抗器值，且均流電抗器值準(zhǔn)確度高的多功率模塊并聯(lián)的換流器中均流電抗器值的確定方 法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0008] -種多功率模塊并聯(lián)的換流器中均流電抗器值的確定方法，步驟包括：
[0009] 1)建立兩個并聯(lián)的功率模塊之間連接均流電抗器并達(dá)到均流時的均流等效模型， 由所述均流等效模型得到達(dá)到均流時均流電抗器值與兩個所述功率模塊之間輸出電壓差、 環(huán)流大小的關(guān)系；
[0010] 2)分別獲取換流器中與待確定均流電抗器連接的兩個目標(biāo)功率模塊的輸出電壓、 輸出電流，計算出輸出電壓差、環(huán)流大小后根據(jù)所述步驟1)得到的關(guān)系確定對應(yīng)的均流電 抗器值。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)的具體步驟為：
[0012] I. 1)由兩個并聯(lián)的功率模塊、負(fù)載以及連接在兩個所述功率模塊之間的均流電抗 器構(gòu)成兩條電流回路；忽略均流電抗器中繞組的漏抗，并計算達(dá)到均流時所述兩條電流回 路的電壓計算等效方程，建立得到兩個并聯(lián)的功率模塊之間連接均流電抗器并達(dá)到均流時 的均流等效t吳型；
[0013] 1. 2)根據(jù)所述均流等效模型建立均流電抗器值與兩個功率模塊之間輸出電壓差、 兩個功率模塊的輸出電流的第一關(guān)系，以及建立兩個功率模塊之間輸出電壓差、環(huán)流以及 相位角的第二關(guān)系；
[0014] 1. 3)由所述第一關(guān)系、第二關(guān)系得到均流電抗器值與兩個所述功率模塊之間輸出 電壓差、環(huán)流大小的關(guān)系。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟I. 1)中對應(yīng)兩個功率模塊的兩條電流回路 的電壓計算等效方程為：
[0016] Ui+e' ^e1-U0= 0
[0017] u2+e' ^e2-U0= 0
[0018] 其中，U1為第一個功率模塊的輸出電壓，u 2為第二個功率模塊的輸出電壓，e i為均 流電抗器中與第一個功率模塊連接的第一繞組的感應(yīng)電動勢，ei'為第一繞組在第二繞組 上的反向電動勢，e 2為均流電抗器中與第二個功率模塊連接的第二繞組的感應(yīng)電動勢，e2' 為第二繞組在第一繞組上的反向電動勢，u。為負(fù)載上的電壓值。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1. 2)中第一關(guān)系建立的具體步驟為：
[0020] 1. 211)將所述兩條電流回路的電壓計算等效方程進(jìn)行差值運算，得到如下式所示 的兩個功率模塊之間輸出電壓差、與均流電抗器的兩個繞組電壓差之間的差值關(guān)系式；
[0021] U2-U1= 2 (e 2_e1)
[0022] 1. 212)根據(jù)電磁感應(yīng)關(guān)系得到均流電抗器中兩個繞組的繞組感應(yīng)電壓關(guān)系式，所 述繞組感應(yīng)電壓關(guān)系式為：
[0023]
LiN 丄Utad / 丄y/ λ u ?/α }j\
[0024]
[0025] I. 213)根據(jù)所述步驟I. 211)得到的差值關(guān)系式、所述步驟I. 212)得到的繞組電 壓關(guān)系式計算得到均流電抗器值與兩個功率模塊之間輸出電壓差、兩個功率模塊的輸出電 流的第一關(guān)系，所述第一關(guān)系的表達(dá)式為：
[0026]
[0027] 其中，L為均流電抗器值，I1為第一個功率模塊的輸出電流，i 2為第二個功率模塊 的輸出電流。
[0028] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1. 2)中第二關(guān)系建立的具體步驟為：
[0029] 1. 221)建立兩個功率模塊的輸出電壓方程，所述輸出電壓方程為：
[0030]
[0031]
[0032] 1. 222)根據(jù)所述輸出電壓方程，計算得到兩個功率模塊之間輸出電壓差、環(huán)流大 小以及相位角的第二關(guān)系，所述第二關(guān)系的表達(dá)式為：
[0033]
[0034] 其中，U1為第一個功率模塊的輸出電壓，u 2為第二個功率模塊的輸出電壓，U p 1]2分 別為對應(yīng)112的幅值，#為兩個功率模塊輸出電壓的相位角，ω為兩個功率模塊輸出電壓 的角速度，X為中間換算角度值。
[0035] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)中均流電抗器值與兩個所述功率模塊的 輸出電壓、輸出電流之間的關(guān)系表達(dá)式為：
[0036]
[0037] 其中，U1為第一個功率模塊的輸出電壓，u 2為第二個功率模塊的輸出電壓，U ρ 1]2分 別為對應(yīng)Ul、1!2的幅值，I i為第一個功率模塊的輸出電流i i的有效值，I 2為第二個功率模 塊的輸出電流i2的有效值，I 2 I1為環(huán)流大小，ω為兩個功率模塊輸出電壓的角速度，f為兩 個功率模塊輸出電壓的相位角。
[0038] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)的具體步驟為：
[0039] 2. 1)分別獲取換流器中與待確定均流電抗器連接的兩個目標(biāo)功率模塊的輸出電 壓、輸出電壓的相位角以及均流系數(shù)；
[0040] 2. 2)計算兩個目標(biāo)功率模塊之間輸出電壓差，并根據(jù)所述均流系數(shù)按照下式計算 兩個目標(biāo)功率模塊的輸出電流，得到兩個目標(biāo)功率模塊之間環(huán)流大小； LlN 丄UtUd / 丄y/ Λ 「/J Ij 4/0
[0041 ]
[0042] 其中，I1為第一個功率模塊的輸出電流i i的有效值，I 2為第二個功率模塊的輸出 電流i2的有效值，a為均流系數(shù)；
[0043] 2. 3)將獲取的輸出電壓的相位角以及計算得到的輸出電壓差、環(huán)流大小，根據(jù)步 驟1)得到的均流電抗器值與兩個所述功率模塊之間輸出電壓差、環(huán)流大小的關(guān)系，計算得 到所需均流電抗器值。
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