專利名稱：不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的電壓波動量反饋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反饋控制方法，尤其是涉及一種不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的電壓 波動量反饋控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電力電子器件的快速發(fā)展，其應(yīng)用場合逐漸增多，應(yīng)用范圍逐步擴 大，特別是基于電力電子開關(guān)的變流器得到了廣泛應(yīng)用。在電機控制、能量轉(zhuǎn)換等場合，變 流器的應(yīng)用使得控制更加方便靈活。但是并網(wǎng)變流器的傳統(tǒng)控制方式是以三相對稱的電網(wǎng) 電壓為前提的，其對電壓的變化較為敏感，導(dǎo)致其不能適應(yīng)電網(wǎng)電壓不對稱的運行工況。而 在長線路輸電或者電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障等情況下，電壓不對稱的現(xiàn)象時有發(fā)生。為了保證 并網(wǎng)變流器在這些特殊情況下仍能正常工作，人們開始關(guān)注電網(wǎng)電壓不對情況下并網(wǎng)變流 器的控制方法。并網(wǎng)變流器通常采用雙閉環(huán)控制，即以直流電壓閉環(huán)為外環(huán)、交流電流閉環(huán)為內(nèi) 環(huán)。當(dāng)電網(wǎng)不對稱時，電壓中包含了負(fù)序分量，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)的有功功率產(chǎn)生2倍于工頻的波 動，有功功率波動在變流器直流側(cè)表現(xiàn)為直流電壓的波動。這一波動一方面威脅到變流器 的穩(wěn)定運行；另一方面對直流側(cè)電容形成反復(fù)充放電的過程，縮短電容使用壽命。增強電壓 閉環(huán)的效果可以在一定程度上抑制波動，但會減小系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，同時造成電流的畸變。 針對這種情況，國內(nèi)外的一些學(xué)者提出了雙電流控制[1]，雙矢量電流控制[2]，內(nèi)?？刂芠3]等 電壓不對稱情況下變流器控制方法。但它們都需要對電壓和電流的正負(fù)序分量進行實施分 解，同時控制過程實現(xiàn)復(fù)雜，計算量大，對實時系統(tǒng)來說是一個潛在的威脅。[1]Hong-seok Song，Kwanghee Nam. Dual Current Control Scheme for PWMConverter Under Unbalanced Input Voltage Conditions. IEEE Transactions on Industrial Electronics，Vol. 46，No. 5，October 1999:953-959[2]Magueed F A，Sannino A，Svensson J. Transient Performance of voltage source converter under unbalanced voltage dips.35th IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference(PESC 04). Aachen, Germany. 2004(2) :1163_1168.[3]張興，季建強，張崇巍，等.基于內(nèi)?？刂频娜嚯妷盒蚉WM整流器不平衡控制 策略研究.中國電機工程學(xué)報.2005. 25(13) 51-56.

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明目的是提供一種較為簡單的并網(wǎng)變流器的控制方法，在電網(wǎng)電壓不對稱情 況下保證電網(wǎng)側(cè)有功功率穩(wěn)定和直流側(cè)電壓穩(wěn)定。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明以電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)為控制基礎(chǔ)，通過提取電網(wǎng) 電壓中負(fù)序分量并對其作簡單處理后反饋到電流給定中，使得有功功率穩(wěn)定，從而實現(xiàn)變流器直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，具體步驟包括1)采用霍爾元件檢測直流電壓ud。，采用電壓互感器PT (Potential Transformer) 檢測電網(wǎng)電壓，并將電網(wǎng)電壓變換到正序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d_q坐標(biāo)系)下，得到d軸分量 Ud和q軸分量Uq ；2)將直流電壓閉環(huán)的輸出乘以系數(shù)分別作為電流d軸給定值和q軸給定值ζ中 的第一個分量；3)分別提取電壓d軸分量和q軸分量中的二倍工頻波動量屺和孓，乘以電壓到電 流的轉(zhuǎn)換系數(shù)后作為電流d軸給定值G和q軸給定值ζ中的第二個分量；4)電流d軸給定值^和q軸給定值 由前述兩個分量相加得到，檢測實際電流id和 形成電流閉環(huán)；5)通過脈寬調(diào)制PWM(Pulse-width Modulation)控制變流器工作。實現(xiàn)本發(fā)明的進一步技術(shù)方案可以是上述步驟2)中，d軸電流給定值^的第一個分量為電壓閉環(huán)輸出；q軸電流給定值 ζ的第一個分量為電壓閉環(huán)輸出乘以系數(shù)ud+/iv，該系數(shù)為正序電壓d軸分量ud+與q軸分 量IV的比值。實現(xiàn)本發(fā)明的進一步技術(shù)方案可以是上述步驟3)中，d軸和q軸電壓的二倍工頻波動量屺和&通過IOOHz帶通濾波器 提取，同時可以得到正序電壓d軸分量ud+和q軸分量U,+。實現(xiàn)本發(fā)明的進一步技術(shù)方案可以是上述步驟3)中，d軸電流給定值^的第二個分量為d軸電壓二倍工頻波動量屺乘 以系數(shù)</Ud+ ；q軸電流給定值<的第二個分量為q軸電壓二倍工頻波動量&乘以系數(shù)</ud+。有益效果本發(fā)明可以實現(xiàn)，在電網(wǎng)電壓不對稱情況下可以保持變流器有功功率穩(wěn)定，抑制 直流側(cè)電壓波動，減小輸出電流畸變。同時本發(fā)明在經(jīng)典雙閉環(huán)控制基礎(chǔ)上新增計算量小， 實現(xiàn)容易。并網(wǎng)變流器的主回路連接如附圖1所示(其中，Lg表示網(wǎng)側(cè)電感，C表示直流側(cè)電 容)，在0. 16s至0. 24s之間模擬電網(wǎng)電壓不對稱情況。當(dāng)采用經(jīng)典雙閉環(huán)控制時效果如附 圖2所示，有功功率和直流電壓波動較大，電流波形畸變；當(dāng)采用本發(fā)明所述方法時控制效 果如附圖3所示，有功功率和直流電壓波動較小，電流波形畸變。在計算量方面，由實現(xiàn)過 程可知，本發(fā)明所述方法新增計算量較小，容易實現(xiàn)。


圖1是并網(wǎng)變流器主回路連接2是經(jīng)典雙閉環(huán)控制效果圖3是本發(fā)明所述電壓波動量反饋控制效果圖4是電壓波動量反饋控制實現(xiàn)框圖
具體實施例方式電壓波動量反饋控制法采用電壓外環(huán)配合電流內(nèi)環(huán)的控制方式，其實現(xiàn)框圖如附 圖4所示。該控制首先需要對各電量進行檢測，包括直流電壓、電網(wǎng)電壓和三相電流。采用霍爾元件可以測得直流電壓ud。。采用電壓互感器PT (Potential Transformer)測量三相電網(wǎng)電壓，以A相電壓定 向，進行d_q變換，得到電壓d軸分量ud、q軸分量Uq以及電壓相位角Θ+。當(dāng)電網(wǎng)電壓含有 負(fù)序分量時，可以表示為 式中，下標(biāo)“d”和“q”分別表示d軸分量和q軸分量，下標(biāo)“ + ”和“_”分別表示正 序分量和負(fù)序分量，ω是電網(wǎng)角速度，識是負(fù)序初相角。式(1)中d、q軸上都包含交流分 量，分別表示為屺和&，它們的求取通過IOOHz帶通濾波器得到。采用電流互感器CT (Current Transformer)測量三相電流，同樣進行d_q變換得 到電流d軸分量id和q軸分量、。閉環(huán)控制外環(huán)為直流電壓環(huán)。給定直流電壓控制目標(biāo)Udc* (在690V交流電壓等級 下，可將直流電壓目標(biāo)值設(shè)為1100V)，利用目標(biāo)值和直流電壓反饋值ud。之差進行比例積分 PI (Proportional-Integral)調(diào)節(jié)，得到輸出 :。將此輸出作為電流給定的基值，用于電流 閉環(huán)計算。電流的閉環(huán)控制包括d軸閉環(huán)和q軸閉環(huán)兩個部分，需要對d軸和q軸分別設(shè)置
給定目標(biāo)值G和ζ，其設(shè)定依據(jù)為式(2)，其中叫+由叫減去屺得到，U,+由Uq減去孓得到。利
用目標(biāo)值和電流反饋值之差進行PI調(diào)節(jié)，得到相應(yīng)控制電壓ν'q0 控制電壓ν'q加上交叉耦合電壓補償項八&和Δ、即可得到最終的 d、q軸控制電壓分量Vd和、，結(jié)合電壓相位角θ +和直流電壓Ud。經(jīng)空間電壓矢量調(diào)制 SVPWM(Space Vector Pulse-width Modulation)后可得到并網(wǎng)變流器所需的PWM驅(qū)動信號 (這與經(jīng)典雙閉環(huán)控制是相同的)。在電壓波動量反饋控制方式下，有功功率可以表達為式(3)，有功功率的大小與電 壓閉環(huán)的輸出呈線性關(guān)系，控制簡單。有功功率中只有直流分量，沒有波動，實現(xiàn)了電網(wǎng)電 壓不對稱情況下輸出有功功率的穩(wěn)定控制。
權(quán)利要求
不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的電壓波動量反饋控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)采用霍爾元件檢測直流電壓udc，采用電壓互感器PT(Potential Transformer)檢測電網(wǎng)電壓，并將電網(wǎng)電壓變換到正序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d q坐標(biāo)系)下，得到d軸分量ud和q軸分量uq；2)將直流電壓閉環(huán)的輸出乘以系數(shù)分別作為電流d軸給定值和q軸給定值中的第一個分量；3)分別提取電壓d軸分量和q軸分量中的二倍工頻波動量和，乘以電壓到電流的轉(zhuǎn)換系數(shù)后作為電流d軸給定值和q軸給定值中的第二個分量；4)電流d軸給定值和q軸給定值由前述兩個分量相加得到，檢測實際電流id和iq形成電流閉環(huán)；5)通過脈寬調(diào)制PWM(Pulse width Modulation)控制變流器工作。FSA00000172905200011.tif,FSA00000172905200012.tif,FSA00000172905200013.tif,FSA00000172905200014.tif,FSA00000172905200015.tif,FSA00000172905200016.tif,FSA00000172905200017.tif,FSA00000172905200018.tif,FSA00000172905200019.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的電壓波動量反饋控制方法，其特 征在于所述步驟2)中，d軸電流給定值^的第一個分量為電壓閉環(huán)輸出；q軸電流給定值^的 第一個分量為電壓閉環(huán)輸出乘以系數(shù)ud+/iv，該系數(shù)為正序電壓d軸分量ud+與q軸分量IV 的比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的電壓波動量反饋控制方法，其特 征在于所述步驟3)中，d軸和q軸電壓的二倍工頻波動量屺和&通過IOOHz帶通濾波器提取， 同時可以得到正序電壓d軸分量ud+和q軸分量U,+。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的電壓波動量反饋控制方法，其特 征在于所述步驟3)中，d軸電流給定值^的第二個分量為d軸電壓二倍工頻波動量化乘以系 數(shù)< /ud+ ；q軸電流給定值ζ的第二個分量為q軸電壓二倍工頻波動量&乘以系數(shù)^ /ud+。
全文摘要
本發(fā)明涉及不對稱電壓下并網(wǎng)變流器的控制方法，包括采用霍爾元件檢測直流電壓udc，采用PT檢測電網(wǎng)電壓，并將電網(wǎng)電壓變換到d-q坐標(biāo)系下，得到d軸分量ud和q軸分量uq；將直流電壓閉環(huán)的輸出乘以系數(shù)分別作為電流d軸給定值和q軸給定值中的第一個分量；分別提取電壓d軸分量和q軸分量中的二倍工頻波動量和，乘以電壓到電流的轉(zhuǎn)換系數(shù)后作為電流d軸給定值和q軸給定值中的第二個分量；電流d軸給定值和q軸給定值由前述兩個分量相加得到，檢測實際電流id和iq形成電流閉環(huán)；通過PWM調(diào)制控制變流器工作。本發(fā)明在電網(wǎng)電壓不對稱情況下可以保持變流器有功功率穩(wěn)定，抑制直流側(cè)電壓波動，減小輸出電流畸變。
文檔編號H02J3/38GK101895128SQ201010218689
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者吳維寧, 王偉, 石磊, 趙紫龍 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院