大容量隔離型直流換流器變pi變頻率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子領域，具體涉及一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法。本發(fā)明根據控制器不同的工作模式設置對應的檔位，每個檔位設置不同的PI參數，檔位隨著工作模式的轉變進行切換。本發(fā)明通過設置換流器穩(wěn)態(tài)對應檔位的PI參數，有效保證換流器穩(wěn)態(tài)時控制頻率較低，變壓器原邊電壓正負半波對稱，無中點電位偏移，長期運行時變壓器偏磁及噪聲均顯著改善。
【專利說明】大容量隔離型直流換流器變Pl變頻率控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子領域，具體涉及一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法。
【背景技術】
[0002]大容量隔離型直流換流器能夠將中高壓直流電變換為低壓直流，并提供輸入輸出的電氣隔離功能。隨著直流電制在陸地電力系統(tǒng)以及機車、船舶、孤島等獨立電力系統(tǒng)的廣泛應用，同時，未來分布式智能電網也將被普遍推廣，大容量隔離型直流換流器有著廣闊的市場前景。
[0003]大容量隔離型直流換流器屬于間接式DC/AC/DC結構，內部包含中頻隔離變壓器，與傳統(tǒng)工頻變壓器相比，工作頻率的提高大大減小了變壓器的體積、重量，提高了換流器整體的功率密度，但中頻隔離變壓器的應用帶來如下問題:
[0004]I)噪聲:限制于大容量電力電子器件的工作頻率，中頻隔離變壓器工作頻率在Ik?3kHz范圍，由于鐵芯軟磁材料的磁致伸縮效應，一部分能量將以聲波的形式散發(fā)出去。根據生理學關于耳的聽覺功能相關研究可知，人耳最敏感的聲波頻率在Ik?3kHz之間，人類的語言頻率也主要分布在300?3kHz范圍內。因此，大容量中頻變壓器產生的噪聲可能對操作人員或相關用戶的語言交流、工作、休息等活動造成極大不便。
[0005]2)直流偏磁:變壓器前級逆變單元實際工作過程中，變壓器磁路應達到動態(tài)的“伏秒平衡”。若變壓器原邊電壓正負波形對稱，正負半波伏秒值相等，鐵心磁工作點以O點為中心沿磁滯回線對稱往復運動。若變壓器原邊電壓正負波形不對稱，正負半波伏秒值不等，會使正負半波磁感應強度幅值不同，磁工作區(qū)域將偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁，可能會引起變壓器磁路飽和，從而觸發(fā)變壓器、IGBT過流保護，嚴重影響逆變器的安全穩(wěn)定運行。引起變壓器伏秒不平衡可能的原因包括:直流輸入電壓波動，支撐電容中點電位不平衡；主電路中功率開關管導通時飽和壓降不同；由于逆變器在短路保護或關機時采用驅動脈沖瞬時封鎖，工作周期不完整；非線性負載擾動所帶來的偏磁。
[0006]傳統(tǒng)直流變換器由于容量小，工作電壓低，開關頻率可達到IOkHz以上，噪聲問題不明顯。在變壓器回路中串聯隔直電容可以基本上解決變壓器直流偏磁問題，但必須考慮隔直電容耐壓、額定電流、體積、重量等因素。但不能直接用于大容量變換場合。
【發(fā)明內容】
[0007]針對上述技術問題，本發(fā)明提供了一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，降低換流器噪聲，在不增加隔直電容的前提下抑制變壓器直流偏磁，同時確保直流換流器動態(tài)、靜態(tài)、噪聲、短路限流等各項指標滿足要求。
[0008]本發(fā)明提供了一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，包括以下步驟:
[0009]A.設置控制器的三個檔位及其控制參數，其中I檔控制頻率較低，PI參數偏小，控制作用最柔和，適用于長期穩(wěn)定運行，在DCM、CCM兩種模式下PI參數不同；3檔控制頻率快，PI參數較大，主要保證系統(tǒng)動態(tài)性能，響應速度快；2檔控制頻率快，PI參數比3檔的參數小，降檔過程中銜接3檔及I檔；
[0010]B.設置檔位切換判斷條件，根據輸出電壓紋波指標要求，結合控制器采樣精度選取穩(wěn)態(tài)誤差Ubs及持續(xù)時間Tsta的值，作為降檔判斷條件；根據輸出電壓暫態(tài)指標要求，結合控制器采樣精度選取電壓偏差上限值Ubu或下限值ubd，作為升檔判斷條件；
[0011]C.判斷換流器的工作狀態(tài)，若電壓偏差ErrU=Uref-Ufdk (即電壓指令值Uief及電壓反饋值Ufdk之差)超出電壓偏差上限值Ubu或下限值Ubd即認為換流器進入動態(tài)；若電壓偏差絕對值小于穩(wěn)態(tài)誤差Ubs并持續(xù)一段時間Tsta,即認為換流器進入穩(wěn)態(tài)；
[0012]
【權利要求】
1.一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，其特征在于包括以下步驟: A.設置控制器的三個檔位，其中I檔控制頻率較低，PI參數偏小，控制作用最柔和，適用于長期穩(wěn)定運行，在DCM、CCM兩種模式下PI參數不同；3檔控制頻率快，PI參數較大，主要保證系統(tǒng)動態(tài)性能，響應速度快；2檔控制頻率快，PI參數比3檔的參數小，降檔過程中銜接3檔及I檔； B.設置檔位切換判斷條件，根據輸出電壓紋波指標要求，結合控制器采樣精度選取穩(wěn)態(tài)誤差及持續(xù)時間Tsta的值，作為降檔判斷條件；根據輸出電壓暫態(tài)指標要求，結合控制器采樣精度選取電壓偏差上限值或下限值，作為升檔判斷條件； C.判斷換流器的工作狀態(tài)，若電壓偏差(即電壓指令值及電壓反饋值之差)超出電壓偏差上限值或下限值即認為換流器進入動態(tài)；若電壓偏差絕對值小于穩(wěn)態(tài)誤差并持續(xù)一段時間Tsta，即認為換流器進入穩(wěn)態(tài)；當換流器處于穩(wěn)態(tài)時，若輸出濾波電感電流斷續(xù)，在一個周期內的一段時間電感電流等于零，換流器處于DCM模式，若輸出濾波電感電流連續(xù)，整個周期內電感電流大于零，則換流器處于CCM模式； D.實現檔位切換，不同的工作狀態(tài)對應不同的檔位，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時控制器工作于I檔，根據判斷CCM、DCM模式選取不同的PI參數；系統(tǒng)動態(tài)時控制器工作于3檔，2檔為3檔降檔至檔位I時的過渡檔位。
2.根據權利要求1所述的一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，其特征在于步驟A具體分為以下步驟: a.在理論分析基礎上，結合實際情況選取控制頻率、PI參數作為3檔的控制參數，要求在此組參數下換流器突加、突卸負載及短路限流等動態(tài)指標滿足要求； b.在理論分析基礎上，結合實際情況選取控制頻率、PI參數作為I檔DCM模式時的控制參數，要求在此組參數下換流器處于DCM工作模式時噪聲、輸出電壓紋波、穩(wěn)態(tài)電壓調整率等穩(wěn)態(tài)指標滿足要求； c.在理論分析基礎上，結合實際情況選取控制頻率、PI參數作為I檔CCM模式時的控制參數，要求在此組參數下換流器處于CCM工作模式時噪聲、輸出電壓紋波、穩(wěn)態(tài)電壓調整率等穩(wěn)態(tài)指標滿足要求； d.根據上述步驟得到的I檔、3檔PI參數，選取中間過渡作為2檔的PI參數，2檔的控制頻率與3檔控制頻率相同，要求在此組參數下換流器DCM或CCM工作模式時噪聲、輸出電壓紋波、穩(wěn)態(tài)電壓調整率等穩(wěn)態(tài)指標滿足要求。
3.根據權利要求1所述的所述的一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，其特征在于步驟D具體分為以下步驟: a.換流器進行降檔判斷，換流器處于穩(wěn)態(tài)時，計時器進行累加；換流器處于非穩(wěn)態(tài)時，計時器清零，換流器進行升檔判斷； b.計時器累積時間大于設置的持續(xù)時間，計時器清零；計時器的累積時間不大于設置的持續(xù)時間，換流器作升檔判斷； c.計時器清零后，若換流器處于3檔，則降至2檔后進行升檔半段；若換流器處于2檔則降至I檔后進行升檔判斷；若換流器處于I檔，則維持I檔并進行升檔判斷； d.換流器進行升檔判斷，若換流器處于動態(tài)則升至3檔后實現參數輸出；若換流器處于非動態(tài)則直接實現參數輸出。
【文檔編號】H02M3/28GK103441678SQ201310367377
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權日:2013年8月21日
【發(fā)明者】肖飛, 王瑞田, 謝幀, 范學鑫, 楊國潤, 揭貴生, 王恒利, 陸明科 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學