一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法

摘要

本发明属于电力系统的功率变换器控制领域，涉及一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法，包括：建立该整流器在两相静止坐标系下的等效开关电路、瞬时功率-电流和电压补偿量三个数学模型；检测三相电网电压和网侧三相输入电流，经坐标变换模块得到两相静止坐标系下的网侧电网电压和输入电流；检测三重化线电压级联型整流器的直流侧电容电压；调节系统瞬时有功功率给定；计算得到两相静止坐标系下系统输入电流参考值；采用比例谐振控制器调节得到两相静止坐标系下等效开关电路交流侧电压给定值；根据电压补偿量数学模型，产生控制三重化线电压级联型整流器的功率器件开关信号。本发明可以提高系统运行的可靠性和稳定性。

主权项

1.一种三重化线电压级联型整流器的比例谐振控制方法，其特征在于包括如下几个阶段：(1)首先将三重化线电压级联型整流器等效为一个三相电压型变换器的开关电路，等效后的开关电路结构的等效交流侧电感L_fx为滤波电感与限流电感合成的等效电感，等效交流侧电压为各级联整流器单元交流侧电压的2倍，等效直流侧电压U_dc，eq为各直流电容电压均值的2倍，等效电容C_eq为各级联整流器单元直流侧电容的一半；然后由该等效开关电路得到该整流器在两相αβ静止坐标系下的等效开关电路数学模型：$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }^{\prime }\\ u_{\beta }^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{2u}_{\alpha }\\ {2u}_{\beta }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right]-\left[\begin{array}{cc}{R}_f& 0\\ 0& R_f\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\alpha }\\ i_{\beta }\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{fx}}{\mathrm{di}}_{\alpha }/\mathrm{dt}\\ L_{\mathrm{fx}}{\mathrm{di}}_{\beta }/\mathrm{dt}\end{array}\right]$式中，u'_α、u'_β为三重化线电压级联型整流器等效开关电路在αβ坐标系下的等效相电压；u_α、u_β为各组VSR单元在αβ坐标系下的交流侧相电压;e_α、e_β为三重化线电压级联型整流器在αβ坐标系下的网侧相电压;i_α、i_β为三重化线电压级联型整流器在αβ坐标系下的交流侧输入线电流；L_fx=L_f+L_x/3，为等效开关电路的等效电感；L_f为滤波电感；L_x为限流电感；R_f为滤波电感内阻；(2)建立瞬时功率-电流模型：$\left[\begin{array}{c}{i}_{\alpha ,\mathrm{ref}}\\ i_{\beta ,\mathrm{ref}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\frac{1}{e_{\alpha }^2+e_{\beta }^2}\left[\begin{array}{cc}{e}_{\alpha }& e_{\beta }\\ e_{\beta }& -e_{\alpha }\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{p}_{\mathrm{ref}}\\ q_{\mathrm{ref}}\end{array}\right],$式中，i_α，ref、i_β，ref为三重化线电压级联型整流器在αβ坐标系下的交流侧线电流参考值;p_ref、q_ref为三重化线电压级联型整流器网侧输入的总瞬时有功和无功功率参考值；其中，p_ref＝3G_PI(s)(U_dc，ref-U_dc,av)U_dc，ref式中，U_dc,ref为各组直流侧电容电压的参考值；U_dc,av为三组VSR直流侧电容电压的平均值；为比例积分PI控制器数学表达式，式中K_vp、K_vi分别为PI控制器的比例系数和积分系数，s为微分算子；(3)建立电压补偿量数学模型：$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha 1}^{\prime }\\ u_{\beta 1}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-1/3& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }\\ u_{\beta }\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha 2}^{\prime }\\ u_{\beta 2}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}2/3& \sqrt{3}/3\\ \sqrt{3}/3& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }\\ u_{\beta }\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha 3}^{\prime }\\ u_{\beta 3}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}2/3& -\sqrt{3}/3\\ -\sqrt{3}/3& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }\\ u_{\beta }\end{array}\right]$式中，u′_αi、u'_βi为VSR单元i(i＝1,2,3)在αβ坐标系下的交流侧相电压补偿量；(4)检测三相电网电压e_a、e_b、e_c和网侧三相输入电流i_a、i_b、i_c，分别经abc-αβ坐标变换模块得到两相静止坐标系下的网侧电网电压e_α、e_β和输入电流i_α、i_β；(5)检测三重化线电压级联型整流器的3组直流侧电容电压，并计算其平均值U_dc,av；(6)采用PI控制器调节3组直流侧电容电压平均值U_dc,av来调节系统瞬时有功功率给定：即将3组直流电容电压参考值U_dc，ref与步骤(5)的平均值U_dc,av相减后的差值输入PI控制器调节，PI输出值与U_dc，av乘积的3倍作为系统瞬时有功功率参考值p_ref给定，系统无功功率参考值q_ref设置为0；(7)根据步骤(2)的瞬时功率-电流模型，由步骤(4)的两相静止坐标下的电网电压e_α、e_β与步骤(6)中得到的系统瞬时有功p_ref和无功参考值q_ref，计算得到两相静止坐标系下系统输入电流参考值i_α，ref、i_β，ref；(8)根据步骤(1)的三重化线电压级联型整流器两相静止坐标下的等效开关电路数学模型，将步骤(7)得到的系统输入电流参考值i_α,ref、i_β,ref分别与步骤(4)的两相静止坐标下的网侧电流i_α、i_β相减，得到的电流误差采用比例谐振（PR）控制器调节得到两相静止坐标系下LVC-VSR等效开关电路交流侧电压给定值u'_α，ref、u'_β，ref；(9)将步骤(8)的两相静止坐标系下LVC-VSR等效开关电路交流侧电压给定值u'_α，ref、u'_β，ref的1/2值u_α，ref、u_β，ref作为电压补偿环节的输入，根据步骤(3)的电压补偿量数学模型，计算得到3组VSR单元交流侧电压参考值u_αi、u_βi；(10)将步骤(9)得到的每个VSR交流侧电压信号u_αi、u_βi经过载波移相空间矢量脉宽调制后，产生控制三重化线电压级联型整流器的三个VSR单元的功率器件开关信号。