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基于分层控制的混合微电网并联换流器环流抑制方法

阅读：608发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于分层控制的混合微电网并联换流器环流抑制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种交直流混合微电网并联换流器环流抑制方法。交直流混合微电网由交流子网和直流子网组成，且两个子网由并联双向功率换流器连接。所提控制方法可实现交直流子网间的功率交互，彼此进行功率支撑，可进行并网与孤岛模式的平滑切换。控制环节主要包括自治运行控制与环流抑制控制两部分。自治控制环节针对交直流母线电压性质不同的特点，根据子网电压允许波动范围，分别对其进行了归一化处理，实现交直流子网间功率双向平滑传输。环流抑制环节采用dq0三轴控制取代传统的dq两轴控制，针对并联换流器由于开关动作不同步、器件型号差异等引起的环流问题，给出基于正序分量提取的环流抑制方法，可有效抑制并联双向换流器间的环流产生。，下面是基于分层控制的混合微电网并联换流器环流抑制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于分层控制的交直流混合微电网并联换流器环流抑制方法，其特征在于换流器并联主电路包括并联运行的三相三桥臂换流器，三相三桥臂换流器的交流侧经滤波电感、寄生电阻及滤波电容接入交流微电网，直流侧经直流电容接入直流微电网，还包括用于采集交流侧电压的交流电压采集模块、采集交流侧电流的交流电流采集模块、采集直流母线电压的直流电压采集模块，交流电压采集模块输出端与正序分量提取模块、PLL锁相环模块和自治运行控制模块的输入端连接，交流电流采集模块的输出端与坐标变换模块的输入端连接，直流电压采集模块的输出端与自治运行控制模块的输入端连接，正序分量提取模块的输出端与Park变换模块的输入端连接，PLL 锁相环模块的输出端与自治运行控制模块的输入端连接，自治运行控制模块的输出端、Park变换模块的输出端和坐标变换的输出端与电流内环解耦控制零序环流抑制模块的输入端连接，电流内环解耦控制零序环流抑制模块的输出端与反坐标变换模块的输入端连接，反坐标变换模块的输出端与PWM驱动模块的输入端连接，PWM驱动模块的输出端与三相三桥臂换流器的反馈端连接；环流抑制方法具体包括以下步骤：
交流电压采集模块采集到交流侧电压Uabc并输入到正序分量提取模块、PLL锁相环模块和自制运行控制模块，交流电流采集模块采集到交流侧电流Iabc并输入到坐标变换模块，直流电压采集模块采集直流母线电压并输入到自治运行控制模块;
坐标变换模块由输入的交流侧电流经坐标变换输出dq0轴坐标系下电流Idq0到电流内环解耦控制零序环流抑制模块;
PLL锁相环模块由输入的交流侧电压经计算后输出频率f至自治运行控制模块;
自治运行控制模块先将采集的交流侧A相电压Ua有效值与直流侧电压Udc有效值进行归一化运算后做差，得到电压偏差ΔU，根据有功传输下垂特性计算求得有功功率参考值Pref，将采集到的PLL锁相环模块输出频率值f进行积分控制，得到相角δi，根据无功传输下垂特性计算求得无功功率参考值Qref；
正序分量提取模块采用四阶广义积分器基波电压提取方法，将采集到的交流侧电压Uabc经坐标变换得到三相电压的αβ0分量Uαβ0，该分量送入四阶广义积分器后得到基频电压信号的αβ0分量v’αβ0以及对应的正交分量qv’αβ0，经过运算和反变换后即可得到基频正序电流分量Uαβ0+；
Park变换模块将输入基频正序电流分量Uαβ0+变换为dq0坐标系正序电压分量Udq0+；
电流内环解耦控制零序环流抑制模块采集到有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref及dq0坐标系正序电压分量Udq0+，经过计算求得电流参考值Idqref，引入0轴参考电流I0ref，两者合成为参考电流值Idq0ref，将参考电流值Idq0ref与dq0轴交流侧电流值Idq0做差，后经解耦与环流抑制控制求得调制信号Udq0ref，经反坐标变换模块、PWM驱动模块转换得到PWM信号输出并输入到三相三桥臂变流桥IGBT控制端，实现对换流器并联的环流抑制。

说明书全文

基于分层控制的混合微电网并联换流器环流抑制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种交直流混合微电网中并联双向功率变换器环流抑制方法，能够针对双向功率变换器并联运行时的环流问题进行有效控制，具体为基于分层控制的交直流混合微电网并联换流器环流抑制方法。

背景技术

[0002] 考虑微电网稳定性及容量的要求常常需要多台双向功率换流器并联运行，此时需要分析多并联时的均流问题，且不同于多逆变器的并联运行，双向功率换流器需采用共直流母线的直接并联模式，因此会为零序环流提供通路，在并联模块间的环流会使并网电流发生畸变，增加损耗，增加功率器件应力，降低整体系统的可靠性与效率。

[0003] 现有的研究方法分析了微电网中多逆变器并联时的环流问题，提出增加相间阻抗的方法抑制零序环流以及鲁棒多环控制方法等，通过引入阻性的虚拟阻抗环节，使逆变器整体输出阻抗呈纯阻性，并采用PR控制器实现逆变器的零稳态误差输出，提高了多逆变器之间的功率分配精准度，减小了逆变器出口侧与并网点之间的电压差。但所述方法仅对于中高频的环流有较好的抑制效果，对于低频环流分量抑制效果较差。

发明内容

[0004] 本发明为了解决交直流混合微电网并联换流器由于开关不同步、器件参数差异等引起的环流问题，提供了基于分层控制的交直流混合微电网并联换流器环流抑制方法。

[0005] 本发明采用如下技术方案实现：基于分层控制的交直流混合微电网并联换流器环流抑制方法，换流器并联主电路包括并联运行的三相三桥臂换流器，三相三桥臂换流器的交流侧经滤波电感、寄生电阻及滤波电容接入交流微电网，直流侧经直流电容接入直流微电网，还包括用于采集交流侧电压的交流电压采集模块、采集交流侧电流的交流电流采集模块、采集直流母线电压的直流电压采集模块，交流电压采集模块输出端与正序分量提取模块、PLL锁相环模块和自治运行控制模块的输入端连接，交流电流采集模块的输出端与坐标变换模块的输入端连接，直流电压采集模块的输出端与自治运行控制模块的输入端连接，正序分量提取模块的输出端与Park变换模块的输入端连接，PLL 锁相环模块的输出端与自治运行控制模块的输入端连接，自治运行控制模块的输出端、Park变换模块的输出端和坐标变换的输出端与电流内环解耦控制零序环流抑制模块的输入端连接，电流内环解耦控制零序环流抑制模块的输出端与反坐标变换模块的输入端连接，反坐标变换模块的输出端与PWM驱动模块的输入端连接，PWM驱动模块的输出端与三相三桥臂换流器的反馈端连接；

[0006] 环流抑制方法，包括以下步骤：

[0007] 交流电压采集模块采集到交流侧电压Uabc并输入到正序分量提取模块、PLL锁相环模块和自制运行控制模块，交流电流采集模块采集到交流侧电流Iabc并输入到坐标变换模块，直流电压采集模块采集直流母线电压Udc并输入到自治运行控制模块;

[0008] 坐标变换模块由输入的交流侧电流经坐标变换输出dq0轴坐标系下电流Idq0到电流内环解耦控制零序环流抑制模块;

[0009] PLL锁相环模块由输入的交流侧电压经计算后输出频率f至自治运行控制模块;

[0010] 自治运行控制模块先将采集的交流侧A相电压Ua有效值与直流母线电压Udc有效值进行归一化运算后做差，得到电压偏差ΔU，根据有功传输下垂特性计算求得有功功率参考值Pref，将采集到的PLL锁相环模块输出频率值f进行积分控制，得到相角δi，根据无功传输下垂特性计算求得无功功率参考值Qref；

[0011] 正序分量提取模块采用四阶广义积分器基波电压提取方法，将采集到的交流侧电压Uabc经坐标变换得到三相电压的αβ0分量Uαβ0，该分量送入四阶广义积分器后得到基频电压信号的αβ0分量v’αβ0以及对应的正交分量qv’αβ0，经过运算和反变换后即可得到基频正序电流分量Uαβ0+；

[0012] Park变换模块将输入的基频正序电流分量Uαβ0+变换为dq0坐标系正序电压分量+Udq0 ；

[0013] 电流内环解耦控制零序环流抑制模块采集到有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref及dq0坐标系正序电压分量Udq0+，经过计算求得电流参考值Idqref，引入0轴参考电流I0ref，两者合成为参考电流值Idq0ref。将参考电流值Idq0ref与dq0轴交流侧电流值Idq0做差，后经解耦与环流抑制控制求得调制信号Udq0ref，经反坐标变换模块、PWM驱动模块转换得到PWM信号输出并输入到三相三桥臂变流桥IGBT控制端，实现对换流器并联的环流抑制。

[0014] 本发明有益效果是：

[0015] 1.本发明采用的应用于交直流混合微电网双向功率变换器的自治运行控制，针对交直流母线电压性质不同的特点，根据子网电压允许波动范围，分别对其进行了归一化处理，实现交直流子网间功率双向平滑传输。

[0016] 2.本发明采用dq0三轴控制取代传统的dq两轴控制，针对并联换流器由于开关动作不同步、器件型号差异等引起的环流问题，给出基于正序分量提取的环流抑制方法，可有效抑制并联双向换流器间的环流产生。附图说明

[0017] 图1为换流器并联主电路拓扑。

[0018] 图2为并联换流器环流抑制系统控制框图。具体实施方案

[0019] 换流器并联主电路包括三相三桥臂换流器，三相三桥臂换流器的交流侧经滤波电感、寄生电阻及滤波电容接入交流微电网，直流侧经直流电容接入直流微电网。还包括用于采集交流测电压的交流电压采集模块、采集交流测电流的交流电流采集模块、采集直流母线电压的直流电压采集模块。交流电压采集模块输出端与正序分量提取模块、PLL锁相环模块和自治运行控制模块的输入端连接，交流电流采集模块的输出端与坐标变换模块的输入端连接，直流电压采集模块的输出端与自治运行控制模块的输入端连接，正序分量提取模块的输出端与Park变换模块的输入端连接，PLL锁相环模块的输出端与自治运行控制模块的输入端连接，自治运行控制模块的输出端、Park变换模块的输出端和坐标变换的输出端与电流内环解耦控制零序环流抑制模块的输入端连接，电流内环解耦控制零序环流抑制模块的输出端与反坐标变换模块的输入端连接，反坐标变换模块的输出端与PWM驱动模块的输入端连接，PWM驱动模块的输出端与三相三桥臂换流器的反馈端连接。

[0020] 上述的控制方法，包括以下步骤：

[0021] 交流电压采集模块采集到交流侧电压Uabc并输入到正序分量提取模块、PLL锁相环模块和自制运行控制模块，交流电流采集模块采集到交流侧电流Iabc并输入到坐标变换模块，直流电压采集模块采集直流母线电压并输入到自治运行控制模块;

[0022] 坐标变换模块由输入的交流侧电流经坐标变换输出dq0轴坐标系下电流Idq0到电流内环解耦控制零序环流抑制模块;

[0023] PLL锁相环模块由输入的交流侧电压经计算后输出频率f至自治运行控制模块;

[0024] 自治运行控制模块先将采集的交流侧A相电压Ua有效值与直流侧电压Udc有效值进行归一化运算后做差，得到电压偏差ΔU，根据有功传输下垂特性计算求得有功功率参考值Pref，将采集到的PLL锁相环模块输出频率值f进行积分控制，得到相角δi，根据无功传输下垂特性计算求得无功功率参考值Qref；

[0025] 正序分量提取模块采用四阶广义积分器基波电压提取方法，将采集到的交流侧电压Uabc经坐标变换得到三相电压的αβ0分量Uαβ0，该分量送入四阶广义积分器后得到基频电压信号的αβ0分量v’αβ0以及对应的正交分量qv’αβ0，经过运算和反变换后即可得到基频正序电流分量Uαβ0+；

[0026] Park变换模块将输入基频正序电流分量Uαβ0+变换为dq0坐标系正序电压分量Udq0+；

[0027] 电流内环解耦控制零序环流抑制模块采集到有功功率参考值Pref、无功功率参考值Qref及dq0坐标系正序电压分量Udq0+，经过计算求得电流参考值Idqref，引入0轴参考电流I0ref，两者合成为参考电流值Idq0ref。将参考电流值Idq0ref与dq0轴交流侧电流值Idq0做差，后经解耦与环流抑制控制求得调制信号Udq0ref，经反坐标变换模块、PWM驱动模块转换得到PWM信号输出并输入到三相三桥臂变流桥IGBT控制端，实现对换流器并联的环流抑制。

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