[發(fā)明專利]電網(wǎng)不平衡條件下三電平VIENNA整流器模型預測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810798443.8
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108988664B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張承慧;李曉艷;邢相洋;秦昌偉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/155
• 分類號: H02M7/155;H02J3/00;G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)不平衡條件下三電平VIENNA整流器模型預測控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明解決了電網(wǎng)不平衡時參考電流的計算；直流側(cè)電壓和直流側(cè)中點電壓的平衡控制；三相電流過零點畸變；電網(wǎng)電流單位功率因數(shù)的控制。該算法將25個電壓矢量根據(jù)電流方向分為6個扇區(qū)，每個扇區(qū)中有8個電壓矢量。再根據(jù)中點電壓的的偏出，選出5個電壓矢量，根據(jù)價值函數(shù)得到最優(yōu)的空間電壓矢量，最優(yōu)的空間電壓矢量控制開關(guān)管的狀態(tài)，實現(xiàn)三相三電平VIENNA整流器的控制。在電網(wǎng)不平衡時該算法不需要電網(wǎng)電壓和電流的正負序分離、電網(wǎng)電壓的鎖相、電流內(nèi)環(huán)控制模塊和調(diào)制模塊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)不平衡條件下三電平VIENNA整流器模型預測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的二極管不控整流電路和晶閘管相控整流電路功率因數(shù)低、諧波含量高，給電網(wǎng)注入了大量的諧波和無功功率。對大電網(wǎng)造成了嚴重的污染、降低了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。而三電平維也納整流器具有并網(wǎng)電流波形質(zhì)量高、諧波含量小、功率密度大、耐壓等級高、無須考慮死區(qū)、開關(guān)器件少等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。然而，三電平維也納整流器拓撲結(jié)構(gòu)的特殊性導致其三相電流過零點畸變，與中點電位平衡等固有問題。

同時，電網(wǎng)電壓不平衡在實際情況中普遍存在，特別是在弱電網(wǎng)中，由于電網(wǎng)故障、非對稱的三相負載、不均勻分布的單相負載等不利因素會引起三相電網(wǎng)電壓的不平衡。不平衡的電網(wǎng)電壓嚴重影響三相三電平VIENNA整流器的安全可靠運行。

在電網(wǎng)故障時，VIENNA整流器應該保證直流輸出電壓的穩(wěn)定、并網(wǎng)電流總諧波畸變率小于5％和平均單位功率因數(shù)運行以及維持有功功率的穩(wěn)定的要求。當電網(wǎng)電壓不平衡時，如果采用理想電網(wǎng)條件下的控制方法，三電平VIENNA整流器輸出電流諧波增大、直流側(cè)電壓波動大、有功和無功功率產(chǎn)生不可控的二倍頻波動等問題。不滿足并網(wǎng)電流的要求和輸出的直流側(cè)電壓的要求。

為了保證三電平VIENNA整流器在電網(wǎng)不平衡時的可靠穩(wěn)定運行，減少對電網(wǎng)的諧波污染。必須解決并網(wǎng)電流畸變、三相電流過零點畸變、中點電位平衡的問題。

目前針對電網(wǎng)電壓不平衡時微電網(wǎng)中三相AC/DC變換器的控制問題，國內(nèi)外學者提出了一些解決方法。在電網(wǎng)不平衡條件下，如果采取基于平衡條件下的控制算法，直流側(cè)產(chǎn)生偶次諧波，在交流側(cè)產(chǎn)生奇次諧波，開關(guān)器件承受的壓力不同，開關(guān)器件容易損壞，嚴重影響微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

對于電網(wǎng)不平衡時三相三電平VIENNA整流器的控制策略，許多學者進行了大量研究。

(1)基于正負序分離的雙同步坐標系控制方法。雙同步坐標系可以實現(xiàn)三相不平衡交流量的解耦控制，正序分量和負序分量分別在正序坐標系和負序坐標系下控制。正序分量在正序坐標系下為直流量，負序分量在負序坐標系下為直流量，所以在雙同步坐標系下常采用四個PI控制器實現(xiàn)電網(wǎng)不平衡時三相三電平VIENNA整流器的控制。但是雙同步坐標系控制實現(xiàn)的前提是實現(xiàn)三相不平衡交流量中正負序分量的提取。常用的提取方法有二次諧波濾除法、參數(shù)辨識法、公式分序法等。采用這種方法需要的計算量大、控制器參數(shù)多、設(shè)計復雜。

(2)Tan-Sun坐標變換法，將三相不平衡的電壓或者電流在不平衡坐標系下通過Tan-Sun坐標變換，得到兩相幅值相同的正交的交流量，再通過Park坐標變換的到兩個直流量。Tan-Sun坐標變換的引入可以將基于電網(wǎng)平衡條件下所有的控制算法應用到電網(wǎng)不平衡的控制中。但是Tan-Sun變換矩陣中的變量并不像Clark變換矩陣的參數(shù)一樣是常數(shù)，它是隨三相電壓或電流的初相角變化而變化的，所以要實現(xiàn)準確的Tan-Sun坐標變換，初相角的必須精確獲取。目前獲取初相角常用的方法是獲得初始時刻三相不平衡變量在正負序坐標系的值，再通過公式計算得到。采用這種方法實現(xiàn)不平衡條件下的控制，算法太復雜，計算量大。