一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動(dòng)態(tài)切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子裝置的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于功率單元直流電壓 平衡控制的動(dòng)態(tài)切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 級(jí)聯(lián)式變換器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化，在大功率、中高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已得到廣泛 應(yīng)用。近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)容量日益增加，需要在這些系統(tǒng) 的并網(wǎng)處安裝能夠進(jìn)行有功以及無(wú)功功率調(diào)節(jié)的電力電子裝置來(lái)解決其并網(wǎng)帶來(lái)的電能 質(zhì)量問(wèn)題。因此，把級(jí)聯(lián)式變換器拓?fù)鋺?yīng)用于高壓、大容量功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究也日益廣 泛。
[0003] 但是，由于級(jí)聯(lián)式變換器各H橋單元直流側(cè)電容值以及并聯(lián)損耗不一致，在工作 時(shí)會(huì)導(dǎo)致級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置各直流側(cè)電壓不平衡，為了保證各H橋單元直流電壓平衡， 因此需要改變各H橋單元的輸入/出有功功率。改變各單元的輸入/出有功功率有兩種方 式，一種是硬件方法，即通過(guò)在功率單元直流母線(xiàn)上并聯(lián)均壓電阻，通過(guò)反饋控制算法對(duì)電 阻進(jìn)行切換，從而保證功率單元直流電壓的平衡。另外一種方法是軟件方法，軟件方法是 通過(guò)改變各功率單元輸出電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入有功功率的變化從而實(shí)現(xiàn)功率單元直流 電壓的平衡。改變電壓有兩種控制方法：1)只改變幅值，相角不變；2)只改變相角，幅值不 變；方法一通過(guò)改變幅值可以改變輸出電壓的大小，從而改變單元的輸入/出有功功率，方 法二通過(guò)改變相角可以改變輸出電壓與電流的夾角，從而改變單元的輸入/出有功功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動(dòng) 態(tài)切換方法，通過(guò)同時(shí)改變電壓幅值及電壓相角優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案如下： 一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動(dòng)態(tài)切換方法，該方法包括以下各步驟： a) 通過(guò)電壓傳感器，獲取級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置每個(gè)H橋單元的直流側(cè)電壓，記為： ，其中，表不每一相的級(jí)聯(lián)數(shù)； b) 根據(jù)上述直流側(cè)電壓，利用濾波公式，濾除直流側(cè)電壓中20的紋波，得到濾除紋波 以后的直流偵Ij電壓…廠(chǎng)i&l…，其中，為電源電壓的電角度； c) 利用公式
求出三相直流側(cè)電壓1???!?-; d) 根據(jù)上述三相的直流側(cè)電壓，利用公式
，得到三 相直流側(cè)電壓的平均值％; e) 根據(jù)上述平均值％，利用公式
得到各功率單元直流側(cè)電壓與平均值的 差值 Δ ; Λ ?、，? ; f) 通過(guò)電流傳感器，分別獲取級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的三相輸出電流，并通過(guò) 3S/2R坐標(biāo)變換公式得到電流在d軸與q軸的分量_和L ; g) 根據(jù)上述d軸與q軸的分量&和I，利用公式F=呀得到電流角度_ ; h) 通過(guò)電壓傳感器，分別獲取級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置與電網(wǎng)連接點(diǎn)的三相電網(wǎng)電壓 利用數(shù)字鎖相環(huán)計(jì)算出電源電壓的電角度; i )根據(jù)上述得到的各功率單元直流電壓差值、電流角度，以及電源電壓的電角度濟(jì)， 利用公式
，得到所需的各功率單元調(diào)制電壓差值， 其中Z4為比例調(diào)節(jié)系數(shù)；將功率單元調(diào)制電壓差值注入到由級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的有功 和無(wú)功解耦控制輸出的正序調(diào)制電壓中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各功率單元直流電壓的 平衡控制。
[0006] 進(jìn)一步的，在步驟i)中，1:要根據(jù)如下條件進(jìn)行切換：首先根據(jù)采樣三相輸出電 流計(jì)算出電流有效值&如果三相電流大于系統(tǒng)額定輸出電流的 5%時(shí)，喫!祖_福;如果三相輸出電流丨小于系統(tǒng)額定輸出電流的5%且。大于〇 時(shí)，#二G ;如果三相電流小于系統(tǒng)額定輸出電流的5%且&小于0時(shí)，f =雙。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是： 1)在系統(tǒng)做動(dòng)態(tài)無(wú)功以及有功的調(diào)節(jié)過(guò)程中，疊加的電壓指令角度是基于電流反饋的 角度進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算得到的，從而保證在相同電壓幅值的基礎(chǔ)上，其調(diào)節(jié)結(jié)果為純有功分量， 保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果為最優(yōu)。
[0008] 2)在系統(tǒng)做空載運(yùn)行或者是小電流運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)電壓指令做動(dòng)態(tài)切換，防止實(shí)際 電流諧波造成反饋電流角度計(jì)算不準(zhǔn)確引起電壓指令突變的情況，從而引起單元直流母線(xiàn) 電壓控制不住的情況發(fā)生。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明中涉及級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的總控制框圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明的流程框圖。
[0012] 圖4為本發(fā)明中涉及級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的單元直流電壓控制框圖。
[0013] 圖5為對(duì)圖1所示的電路進(jìn)行有功調(diào)節(jié)時(shí)，利用本發(fā)明得到的級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝 置單元直流側(cè)電壓的仿真曲線(xiàn)。
[0014] 圖6為對(duì)圖1所示的電路進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)時(shí)，利用本發(fā)明得到的級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝 置單元直流側(cè)電壓的仿真曲線(xiàn)。
[0015] 圖7為對(duì)圖1所示的電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)時(shí)，利用本發(fā)明平衡方法得到的鏈?zhǔn)?功率調(diào)節(jié)裝置單元直流側(cè)電壓的仿真曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種用于功率單元直流電壓平衡控制的動(dòng)態(tài)切換方法 進(jìn)一步描述。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖提供了一種用于中壓電力系統(tǒng)混合功率調(diào)節(jié)的 電能裝置，它采用級(jí)聯(lián)多個(gè)單相全橋逆變單元的方式實(shí)現(xiàn)中壓并網(wǎng)，利用每個(gè)單元直流母 線(xiàn)上的大電容對(duì)無(wú)功功率和瞬時(shí)變化的有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用每個(gè)單元直流母線(xiàn)上的電 池組單元對(duì)緩慢變化的有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)；將有功功率調(diào)節(jié)和無(wú)功功率調(diào)節(jié)的功能集于一 身，具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，運(yùn)行中無(wú)諧波輸出，并且無(wú)需并網(wǎng)變壓器、占地面積小、維護(hù) 簡(jiǎn)單。
[0018] 本發(fā)明采用的調(diào)控方法是，在常規(guī)的軟件方法的基礎(chǔ)之上，同時(shí)改變電壓幅值及 電壓相角。如圖2本發(fā)明中涉及級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的總控制框圖所示，該單元直流電壓 平衡控制的思想是：在上層控制的基礎(chǔ)上，各H橋單元在調(diào)制電壓中疊加一個(gè)與電流方向 一致的電壓矢量來(lái)改變各H橋單元吸收或者釋放的有功功率，從而保證直流側(cè)電壓的平 衡。下面給出具體的控制方法： 以U相為例，設(shè)
(1) 其中，帽表示U相直流側(cè)電壓的平均值，'表示U相第N個(gè)H橋單元的直流側(cè)電壓 值。設(shè)
其中名，表示比例調(diào)節(jié)系數(shù)，由
，可得U相第N個(gè)H橋單元吸收或者釋放的差值功率為
(2) 即：當(dāng)?shù)贜個(gè)H橋單元直流側(cè)電壓值低于平均值時(shí)AP > G，H橋單元吸收有功功率；當(dāng) 第N個(gè)H橋單元直流側(cè)電壓值高于平均值時(shí)，H橋單元釋放有功功率；從而保證一相 中的N個(gè)H橋單元直流側(cè)電壓平衡。其次，由于
因此單元直流側(cè)電壓平衡控制不會(huì)影響總的功率控制和三相直流母線(xiàn)電壓平衡控制，單元 直流側(cè)電壓平衡控制框圖如圖4所示。
[0019] 若不反饋電流角度，那么所加單元輸出電壓與電流總存在一個(gè)角度芯，此時(shí)U相 第N個(gè)H橋單元吸收或者釋放的差值功率為
(3) 由式2與3比較可知，即通過(guò)反饋電流角度所傳遞的功率大于不反饋電流角 度傳遞的功率。
[0020] 當(dāng)系統(tǒng)做無(wú)功調(diào)節(jié)時(shí)，容性無(wú)功調(diào)節(jié)指定上述角度求:為女::/2:.，感性無(wú)功調(diào)節(jié)指定 上述角度為-??7 2 ;當(dāng)系統(tǒng)做有功調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)存儲(chǔ)有功指定上述角度:T為0，釋放有功指 定上述角度為滿(mǎn):，以保證所加電壓與電流同相位，從而使得所加差值功率Af'為純有功分 量。
[0021] 由于該系統(tǒng)要瞬時(shí)進(jìn)行無(wú)功以及有功的調(diào)節(jié)，由于電流角度在瞬時(shí)變化，因此該 角度要實(shí)時(shí)通過(guò)電流采樣值進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，因此本專(zhuān)利的方法是通過(guò)反饋電流角度，來(lái)使 得所加電壓與電流同相位，從