[發明專利]一種負載不平衡條件下雙向AC/DC變換器的多模態自治運行控制方法

有效

• 申請號: 201711202706.6
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107947623B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 韓肖清;劉龍峰;任春光;秦文萍;賈燕冰;張佰富;李峰;周一雄;藺曉強
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02J4/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

1.一種負載不平衡條件下雙向AC/DC變換器多模態自治運行控制方法，雙向AC/DC變換器是三相全橋電路，包括相互并聯的三組橋臂，每組橋臂都包括兩個相互串聯的IGBT，IGBT由功率管和反并聯的二極管構成，三相全橋電路的直流側與直流電源相連，交流側經過電感與不平衡負載相連，并經公共并網點PCC與大電網相連；其特征在于，所述控制方法包含以下步驟：

步驟一：檢測PCC處電壓v_PCCabc、雙向AC/DC變換器交流側輸出電壓v_oabc和輸出電流i_oabc，將其進行α-β坐標變換，得到α-β坐標系下的各個量v_PCCαβ、v_oαβ、i_oαβ，并對v_PCCαβ和v_oαβ進行正負序分離；

步驟二：首先，對雙向AC/DC變換器的直流側電壓U_dc和交流側電壓有效值U_ac進行標幺化處理，兩者作差得到新的參數U_norm，通過U_norm對U_ac進行修正得到變換器交流側電壓有效值的參考值U_ref；其次，利用基于二階廣義積分的鎖相環測出交流側輸出電壓正序分量的相位δ_ref，最后經過三相正弦量發生器產生雙向AC/DC變換器交流側輸出電壓參考值的正序分量v_oref⁺；

步驟三：將雙向AC/DC變換器等效成可控電壓源v_o^－和阻抗Z_Con^－的串聯，引入一個多模態運行參數C，使步驟一得到的v_o^－和v_PCC^－滿足式(1)，通過調節參數C可改變雙向AC/DC變換器在PCC處的等效負序阻抗Z_Con,eq，如式(2)所示，從而決定由不平衡負載產生的負序電流流向，進而使雙向AC/DC變換器運行在不同的模態；

v_o^-＝-C·v_PCC^-，C＞-1 (1)

式中：v_o^－和v_PCC^－分別是雙向AC/DC變換器交流側輸出電壓和PCC處電壓的負序分量，i_o^－是變換器交流側輸出電流的負序分量；

(1)當C＝0時，雙向AC/DC變換器的等效負序阻抗沒有變化，由不平衡負載引起的負序電流流向交流子網和變換器，PCC處電壓和變換器交流側輸出電流不平衡，變換器傳輸的有功功率存在波動，工作在不控模態；

(2)當-1＜C＜0時，雙向AC/DC變換器的等效負序阻抗變大，負序電流大部分流向交流子網側，變換器交流側輸出電流接近正弦波，PCC處電壓不平衡度變大，變換器傳輸的有功功率仍存在波動，工作在電流平衡模態；

(3)當C＞0時，雙向AC/DC變換器的等效負序阻抗變小，負序電流大部分流向變換器側，PCC處電壓接近正弦波，變換器交流側輸出電流不平衡度變大，傳輸的有功功率仍存在震蕩，工作在電壓不平衡補償模態；

(4)當三相負荷不平衡時，雙向AC/DC變換器傳輸的有功功率波動量由兩部分組成，因此引入有功平衡參數k_p使這兩部分功率波動量相互抵消，如式(3)所示，進而得到多模態運行參數C與有功功率平衡參數k_p間的關系，因此可以通過調節C的值間接地調節k_p的值，使其運行在有功功率平衡模態；

v_o⁺·i_o^-＝-k_p·v_o^-·i_o⁺ (3)

式中：v_o⁺是雙向AC/DC變換器交流側輸出電壓的正序分量，i_o⁺是變換器交流側輸出電流的正序分量；

上述分析可知，調節多模態運行參數C可以改變雙向AC/DC變換器運行模態，變換器交流側輸出電壓的負序分量v_o^－也因此而改變，本方法將其作為變換器電壓參考值的負序分量v_oref^－；

步驟四：將步驟二中得到的v_oref⁺和步驟三中得到的v_oref^－一起構成雙向AC/DC變換器電壓控制環的參考值，電壓控制環的輸出作為電流控制環的參考值；當電網中存在不平衡負載時，雙向AC/DC變換器輸出的電壓和電流就包含負序分量，由于PI控制器不能跟蹤非直流分量，因此，電壓控制和電流控制均采用比例諧振(PR)控制器，隨后經過PWM控制，輸出PWM波形進而控制雙向AC/DC變換器。