專利名稱：超導(dǎo)儲(chǔ)能用電流并聯(lián)型電壓補(bǔ)償器的穩(wěn)態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及超導(dǎo)應(yīng)用中超導(dǎo)電流的穩(wěn)態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，沒有與申請(qǐng)的專利相同或相似的技術(shù)，文獻(xiàn)[1]提出的控制方法也適用于基于超導(dǎo)儲(chǔ)能的電流并聯(lián)型電壓補(bǔ)償器，但是該方法計(jì)算復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)，在控制精度上也有所不足。文獻(xiàn)[2]提出的方法與申請(qǐng)的專利都是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行控制，但該方法只適用于電壓并聯(lián)型電壓補(bǔ)償器。[1]Xun Liu；Xiaoguang Zhu；Xiaohua Jiang.A phasor controlscheme for voltage sag compensation by SMES.Power Electronics and Motion ControlConference，2004.Vol 2p882～885[2]Takao Kawabata，Nobuo Sashida，Yushin Yamamoto，Kouji Ogasawara，and Yuko Yamasaki.Parallel processing inverter system.IEEE Transactions on Power Electronics.Vol 6，NO 3，July1991p442～450發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于為基于超導(dǎo)儲(chǔ)能的電流并聯(lián)型電壓補(bǔ)償器尋求一種簡單可靠的高性能的控制方法。
電流并聯(lián)型電壓補(bǔ)償器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見附圖1，其中Ls移相電抗器的電感值；C濾波電容的電容值；Rf負(fù)載的阻值Rc阻尼電阻的阻值。
Vsa、Vsb和Vsc電源電壓的A、B、C三相值；Isa、Isb和Isc電源電流的A、B、C三相值；Vfa、Vfb和Vfc負(fù)載電壓的A、B、C三相值；Ifa、Ifb和Ifc負(fù)載電流的A、B、C三相值；Ipa、Ipb和Ipc變流器交流端電流的A、B、C三相值；其中，移相電抗器、阻尼電阻、濾波電容分別有三個(gè)，分為ABC三相，負(fù)載是純電阻三相三線制負(fù)載，變流器由6個(gè)IGBT和Diode構(gòu)成，1個(gè)IGBT和Diode組成半個(gè)橋臂。變流器的交流端與三相負(fù)載相連，變流器的直流端與超導(dǎo)線圈相連。IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由DSP提供。通過控制IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就能控制變流器交流端的電流Ipa、Ipb和Ipc，在電源電壓發(fā)生瞬時(shí)電壓跌落等故障的同時(shí)，保持負(fù)載電壓為額定值，使之不受電源的影響。
本專利申請(qǐng)的穩(wěn)態(tài)控制方法如式(1)所示
ipwmd=1100πLsVsq+(100π)2CLs-1100πLsVfq-1RfVfdipwmq=-1100πLsVsd-(100π)2CLs-1100πLsVfd-1RfVfq---(1)]]>本發(fā)明的特征在于所述方法依次含有以下步驟步驟1通過電壓互感器測量電源三相電壓和負(fù)載三相電壓，分別記為Vsa、Vsb、Vsc和Vfa、Vfb、Vfc；步驟2把步驟1得到的電源三相電壓和負(fù)載三相電壓的值存在一個(gè)DSP的內(nèi)存中；步驟3通過所述DSP，按以下步驟，求出分別用ipwmd和ipwmq表示的穩(wěn)態(tài)控制電流；3-1步對(duì)內(nèi)存中的Vsa、Vsb、Vsc以及Vfa、Vfb、Vfc，分別按下式進(jìn)行3/2變換，得到Vsd、Vsq以及Vfd、Vfq，并存入內(nèi)存； 式中，θ為角度量，由鎖相環(huán)電路給出，下同，鎖相環(huán)電路的輸入是Vsa；3-2步用第1個(gè)乘法器求出1/Rf，第2個(gè)乘法器求出1/100πLs的值，其中，Ls為移相電抗器的電抗值、Rf為負(fù)載電阻的值；用第1、第2兩個(gè)乘加器各自都求出((100π)2CLs-1)/100πLs的值，其中C為濾波電容值；把3-2步得到的各值存入內(nèi)存中；3-3步用第3乘法器求出Vsq/100πLs的值；用第4乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfq/100πLs的值；用第5乘法器求出Vfd/Rf的值，再用第1加法器求出ipwmd=1100πLsVsq+(100π)2CLs-1100πLsVfq-1RfVfd]]>3-4步用第6乘法器求出Vsd/100πLs的值；用第7乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfd/100πLs的值；用第8乘法器求出Vfq/Rf的值，再用第2加法器求出ipwmq=-1100πLsVsd-(100π)2CLs-1100πLsVfd-1RfVfq]]>3-5步對(duì)步驟3-4得到的ipwmd和ipwmq按下式進(jìn)行2/3變換，得到直角坐標(biāo)系的三相穩(wěn)態(tài)控制電流值ipwma，ipwmb，ipwmc 3-6步把步驟3-5得到的三相穩(wěn)態(tài)控制電流ipwma，ipwmb，ipwmc輸入到一個(gè)電流矢量脈寬調(diào)制器，求出6個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述IGBT是絕緣柵雙極晶體管的英文簡稱，所述IGBT的6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算方法如下當(dāng)|ipwma|≥|ipwmb|，|ipwmc|時(shí)若ipwma≥ 0，1、6、2、4號(hào)IGBT導(dǎo)通，第i號(hào)IGBT導(dǎo)通時(shí)間為Ti，則T1＝TT6=|ipwmb|idT]]>T2=|ipwmc|idT]]>T4＝T-T2-T6式中，T是控制周期，id是超導(dǎo)線圈電流值，由電流霍爾測出，下同，；若ipwma＜0，則4、3、5、1號(hào)IGBT導(dǎo)通，各IGBT的導(dǎo)通時(shí)間為T4＝TT3=|ipwmb|idT]]>T5=|ipwmc|idT]]>T1＝T-T3-T5當(dāng)|ipwmb|≥|ipwmc|，|ipwma|時(shí)若ipwmb≥0，則3、2、4、6號(hào)IGBT導(dǎo)通；T3＝TT2=|ipwmc|idT]]>T4=|ipwma|idT]]>T6＝T-T2-T4若ipwmb＜0，則6、5、1、3號(hào)IGBT導(dǎo)通；
T6＝TT5=|ipwmc|idT]]>T1=|ipwma|idT]]>T3＝T-T1-T5當(dāng)|ipwmc|≥|ipwma|，|ipwmb|時(shí)若ipwmc≥0 ，則5、4、6、2號(hào)IGBT導(dǎo)通；T5＝TT4=|ipwma|idT]]>T6=|ipwmb|idT]]>T2＝T-T4-T6若iPwmc＜0，則2、1、3、5號(hào)IGBT導(dǎo)通；T2＝TT1=|ipwma|idT]]>T3=|ipwmb|idT]]>T5＝T-T1-T3在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高；在導(dǎo)通時(shí)間外，IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低，根據(jù)各個(gè)IGBT的導(dǎo)通時(shí)間，可以方便得到其驅(qū)動(dòng)信號(hào)；步驟4把步驟3所述的6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別送至6個(gè)IGBT的柵極，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制；所述每一個(gè)IGBT串連一個(gè)二極管后組成半個(gè)橋臂，6個(gè)IGBT和6個(gè)二極管各自對(duì)應(yīng)串聯(lián)后構(gòu)成一個(gè)變流器，其中，每兩個(gè)所述的半個(gè)橋臂相互正向串接，組成三個(gè)橋臂，其各自的連接中點(diǎn)與負(fù)載三相電壓輸出端相連；所述的三個(gè)橋臂的一端為三個(gè)IGBT所串接的二極管的負(fù)極，另一端為另外三個(gè)IGBT的源極，所述的三個(gè)IGBT所串接的二極管的負(fù)極并聯(lián)后連超導(dǎo)線圈的一端，而另外三個(gè)IGBT的源極并聯(lián)后接所述超導(dǎo)線圈的另一端。
該控制方法的效果可以由仿真結(jié)果(附圖2)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果(附圖3)證明。
附圖2所示電源電壓對(duì)稱跌落50％時(shí)的仿真結(jié)果。其中，附圖2a是電源電壓波形，附圖2b是負(fù)載電壓波形。由電源電壓波形可知，在0.12～0.22s之間，電源電壓發(fā)生了跌幅為50％的瞬時(shí)電壓跌落，但由于控制方法的作用，在這段時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電壓幾乎沒有發(fā)生改變，仍然保持在額定值，從而避免了電源故障對(duì)負(fù)載的影響。
附圖3所示電源電壓對(duì)稱跌落50％時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，附圖3a是電源電壓波形，附圖3b是負(fù)載電壓波形。由電源電壓波形可知，在0.15～0.35s之間，電源電壓發(fā)生了跌幅約為50％的瞬時(shí)電壓跌落，但由于控制方法的作用，在這段時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電壓仍然保持為額定值，避免了電源故障對(duì)負(fù)載的不利影響。


圖1電流并聯(lián)型動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2電源電壓對(duì)稱跌落50％時(shí)的仿真波形2a.電源電壓波形，2b.負(fù)載電壓波形；圖3電源電壓對(duì)稱跌落50％時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形3a.電源電壓波形，3b.負(fù)載電壓波形；圖4穩(wěn)態(tài)控制方法的穩(wěn)態(tài)控制電流計(jì)算步驟框圖；圖5穩(wěn)態(tài)控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
穩(wěn)態(tài)控制方法的工作過程如下1、使用電壓傳感器測量電源三相電壓Vsa，Vsb，Vsc和負(fù)載三相電壓Vfa，Vfb，Vfc，并將所測得的電壓送入DSP；2、在DSP內(nèi)對(duì)Vsa，Vsb，Vsc和Vfa，Vfb，Vfc進(jìn)行3/2變換，得到dq坐標(biāo)系下的電源電壓Vsd，Vsq和負(fù)載電壓Vfd，Vfq；3、在DSP內(nèi)，利用乘法器和加法器按照式(1)分別求取ipwmd和ipwmq；4、在DSP內(nèi)對(duì)ipwmd和ipwmq進(jìn)行2/3變換，再利用變換所得的結(jié)果，采取電流矢量PWM的計(jì)算方法，求得6個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；5、DSP將6個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送給各個(gè)IGBT，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制方法。
程序流程圖如附圖4所示。
計(jì)算步驟框圖如圖5所示，具體步驟如下1、初始化；2、使用硬件測量電源的三相電壓值和負(fù)載的三相電壓值，并將這些值存儲(chǔ)在DSP的內(nèi)存中；3、使用DSP內(nèi)部的信號(hào)處理算法對(duì)DSP內(nèi)存中的電源和負(fù)載三相電壓值進(jìn)行3/2變換，求得Vsd、Vsq、Vfd和Vfq，并將這些值存儲(chǔ)在DSP的內(nèi)存中；4、從DSP內(nèi)存中提取1/ωLs、(ω2CLs-1)/ωLs、1/Rf、Vsd、Vsq、Vfd和Vfq，存入DSP的寄存器中；5、通過DSP的乘法器求得Vsq/ωLs、(ω2CLs-1)Vfq/ωLs和Vfd/Rf；6、通過DSP的加法器求得ipwmd和ipwmq；7、結(jié)束。
所述DSP是數(shù)字信號(hào)處理器的簡稱，所用DSP為浮點(diǎn)型DSP。
權(quán)利要求
1.超導(dǎo)儲(chǔ)能用電流并聯(lián)型電壓補(bǔ)償器的穩(wěn)態(tài)控制方法，其特征在于所述方法依次含有以下步驟步驟1通過電壓互感器測量電源三相電壓和負(fù)載三相電壓，分別記為Vsa、Vsb、Vsc和Vfa、Vfb、Vfc；步驟2把步驟1得到的電源三相電壓和負(fù)載三相電壓的值存在一個(gè)DSP的內(nèi)存中；步驟3通過所述DSP，按以下步驟，求出分別用ipwmd和ipwmq表示的穩(wěn)態(tài)控制電流；3-1步對(duì)內(nèi)存中的Vsa、Vsb、Vsc以及Vfa、Vfb、Vfc，分別按下式進(jìn)行3/2變換，得到Vsd、Vsq以及Vfd、Vfq，并存入內(nèi)存； 式中，θ為角度量，由鎖相環(huán)電路給出，下同，鎖相環(huán)電路的輸入是Vsa；3-2步用第1個(gè)乘法器求出1/Rf，第2個(gè)乘法器求出1/100πLs的值，其中，Ls為移相電抗器的電抗值、Rf為負(fù)載電阻的值；用第1、第2兩個(gè)乘加器各自都求出((100π)2CLs-1)/100πLs的值，其中C為濾波電容值；把3-2步得到的各值存入內(nèi)存中；3-3步用第3乘法器求出Vsq/100πLs的值；用第4乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfq/100πLs的值；用第5乘法器求出Vfd/Rf的值，再用第1加法器求出ipwmd=1100πLsVsq+(100π)2CLs-1100πLsVfq-1RfVfd]]>3-4步；用第6乘法器求出Vsd/100πLs的值；用第7乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfd/100πLs的值；用第8乘法器求出Vfq/Rf的值，再用第2加法器求出ipwmq=-1100πLsVsd+(100π)2CLs-1100πLsVfd-1RfVfq]]>3-5步對(duì)步驟3-4得到的ipwmd和ipwmq按下式進(jìn)行2/3變換，得到直角坐標(biāo)系的三相穩(wěn)態(tài)控制電流值ipwma，ipwmb，ipwmc 3-6步把步驟3-5得到的三相穩(wěn)態(tài)控制電流ipwma，ipwmb，ipwmc輸入到一個(gè)電流矢量脈寬調(diào)制器，求出6個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述IGBT是絕緣柵雙極晶體管的英文簡稱，所述IGBT的6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算方法如下當(dāng)|ipwma|≥|ipwmb|，|ipwmc|時(shí)若ipwma≥0，1、6、2、4號(hào)IGBT導(dǎo)通，第i號(hào)IGBT導(dǎo)通時(shí)間為Ti，則T1＝TT6=|ipwmb|idT]]>T2=|ipwmc|idT]]>T4＝T-T2-T6式中，T是控制周期，id是超導(dǎo)線圈電流值，由電流霍爾測出，下同，；若ipwma＜0，則4、3、5、1號(hào)IGBT導(dǎo)通，各IGBT的導(dǎo)通時(shí)間為T4＝TT3=|ipwmb|idT]]>T5=|ipwmc|idT]]>T1＝T-T3-T5當(dāng)|ipwmb|≥|ipwmc|，|ipwma|時(shí)若ipwmb≥0，則3、2、4、6號(hào)IGBT導(dǎo)通；T3＝TT2=|ipwmc|idT]]>T4=|ipwma|idT]]>T6＝T-T2-T4若ipwmb＜0，則6、5、1、3號(hào)IGBT導(dǎo)通；T6＝TT5=|ipwmc|idT]]>T1=|ipwma|idT]]>T3＝T-T1-T5當(dāng)|ipwmc|≥|ipwma|，|ipwmb|時(shí)若ipwmc≥0，則5、4、6、2號(hào)IGBT導(dǎo)通；T5＝TT4=|ipwma|idT]]>T6=|ipwmb|idT]]>T2＝T-T4-T6若ipwmc＜0，則2、1、3、5號(hào)IGBT導(dǎo)通；T2＝TT1=|ipwma|idT]]>T3=|ipwmb|idT]]>T5＝T-T1-T3在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高；在導(dǎo)通時(shí)間外，IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低，根據(jù)各個(gè)IGBT的導(dǎo)通時(shí)間，可以方便得到其驅(qū)動(dòng)信號(hào)；步驟4把步驟3所述的6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別送至6個(gè)IGBT的柵極，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制；所述每一個(gè)IGBT串連一個(gè)二極管后組成半個(gè)橋臂，6個(gè)IGBT和6個(gè)二極管各自對(duì)應(yīng)串聯(lián)后構(gòu)成一個(gè)變流器，其中，每兩個(gè)所述的半個(gè)橋臂相互正向串接，組成三個(gè)橋臂，其各自的連接中點(diǎn)與負(fù)載三相電壓輸出端相連；所述的三個(gè)橋臂的一端為三個(gè)IGBT所串接的二極管的負(fù)極，另一端為另外三個(gè)IGBT的源極，所述的三個(gè)IGBT所串接的二極管的負(fù)極并聯(lián)后連超導(dǎo)線圈的一端，而另外三個(gè)IGBT的源極并聯(lián)后接所述超導(dǎo)線圈的另一端。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導(dǎo)儲(chǔ)能時(shí)流過超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)電流控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于本發(fā)明通過一個(gè)DSP芯片把電源三相電壓、負(fù)載三相電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)在d、q軸上的正序的穩(wěn)態(tài)控制電流，然后通過電流矢量脈寬調(diào)制器把該正序電流轉(zhuǎn)換成六個(gè)控制脈沖，送到由六個(gè)絕緣柵雙極晶體管和六個(gè)二極管各自對(duì)應(yīng)串聯(lián)所組成的變流器中的各個(gè)晶體管的柵極，所述變流器的輸入是三相負(fù)載電壓，加在三個(gè)橋臂的三個(gè)中點(diǎn)上，該變流器的輸出是流過超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)電流，超導(dǎo)線圈接在三個(gè)橋臂中末端三個(gè)二極管的負(fù)極和起始端的絕緣柵雙極晶體管的源極之間。當(dāng)在0.15～0.35秒之間，電源電壓故障時(shí)跌落50％時(shí)，負(fù)載電壓幾乎不變。
文檔編號(hào)H02J15/00GK1719686SQ200510012198
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者朱曉光, 蔣曉華, 程志光, 任曉鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 保定天威集團(tuán)有限公司