[發明專利]一種雙交流母線并網變換器的電路結構及其諧波補償方法

在審

• 申請號: 201911070588.7
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110912130A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 姬忠凱;何晉偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種雙交流母線并網變換器的電路結構，其特征在于，由上層功率單元和下層功率單元及其各自的濾波器組成；其中上層功率單元放置在高壓交流母線和低壓交流母線之間，上層功率單元的一側連接上層功率單元濾波器的輸入側，另一側連接下層功率單元濾波器的輸出側；下層功率單元連接下層功率單元濾波器的輸入側；上層功率單元濾波器的輸出側連接6kV/10kV電網；下層功率單元濾波器的輸出側作為低壓交流母線，低壓交流母線上帶有本地負載；每個濾波器上均安裝有檢測裝置，用于檢測濾波器中電感的電流和電容上的電壓；

2.根據權利要求1所述一種雙交流母線并網變換器的電路結構，其特征在于，所述的上層功率單元和下層功率單元均由級聯H橋組成；每個H橋的直流母線連接到分布式電源或負載上，相鄰兩個H橋單元的輸出側串聯連接。

3.根據權利要求1所述一種雙交流母線并網變換器的電路結構，其特征在于，下層功率單元濾波器是LC濾波器，LC濾波器的電感和電容為L₁和C₁。

4.根據權利要求1所述一種雙交流母線并網變換器的電路結構，其特征在于，上層功率單元濾波器是LCL濾波器，LCL濾波器的串聯電感器為L₂和L₃，濾波電容器的電容為C₂。

5.一種雙交流母線并網變換器電路結構的諧波補償方法，基于權利要求1所述雙交流母線并網變換器的電路結構，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：測量上層和下層功率單元濾波器中電感的電流和電容上的電壓，將檢測到的值送給控制器；

步驟2：控制器收集每個電池的直流電源的信息，包括電池的可用功率和電池的SOC；由功率管理單元確定從接口變換器系統到主電網的有功和無功率傳輸的參考值；在此基礎上，得到參考電網電流，并將參考電網電流與高壓交流母線相位角θ_pcc同步為：

其中I_3,ref,α和I_3,ref,β是兩軸靜止坐標系中的參考電網電流；θ_pcc是由基于二階廣義積分器的鎖相環獲得的電網電壓相角；E_PCC是測量得到的PCC電壓幅值，P_ref和Q_ref是高壓電網的輸出有功和無功功率參考值；

下層單元交流母線供電參考電壓V_ref1與上層單元PCC電壓V_PCC同步；給出兩軸靜止坐標系中的瞬時參考電壓V_ref1,α和V_ref1,β：

V_ref1,α＝E_Lower·cos(θ_pcc) (3)

其中e_Lower是下層單元參考電壓的大小；

步驟3：在確定參考電流和參考電壓時，采用雙環電流和電壓控制器進行電流和電壓跟蹤；

下層單元的電壓控制器(VCM)的外環電壓環的輸出為：

其中V_ref1,αβ是靜止參考坐標系中的參考電壓；k_p1是比例增益，k_i1,h是h階的準比例諧振控制器增益，ω_c為準比例諧振控制器的截止頻率，ω₀是基頻(弧度單位)，s表示拉普拉斯算子，V_c1,αβ表示靜止參考坐標系中的低壓交流母線的電壓值，I_1,ref,αβ為外部控制回路的參考電流；

然后，對內部電流I_1,αβ跟蹤采用比例控制：

其中k_p2為比例增益，I_1,ref,αβ為外部控制回路的參考電流，I_1,αβ為下層功率單元內部電流，V_out1,αβ為下層單元的輸出電壓參考給PWM調制；

同樣，對于上層功率單元需要計算三相參考電網電流，進行雙環電流控制(CCM)，外環和內環的輸出分別如下所示：

其中k_p3是上層單元電網電流I_3,αβ控制的外控制回路的比例增益，k_i2,h是h階的準比例諧振控制器增益，I_3,ref,αβ表示靜止參考坐標系中的電網電流的參考值，s表示拉普拉斯算子，ω_c為準比例諧振控制器的截止頻率，ω₀是基頻(弧度單位)，k_p4是內部電流I_2,αβ控制回路的比例增益，V_out2,αβ是上層單元PWM調制的輸出電壓基準，I_2,ref,αβ為靜止參考坐標系中上層功率單元輸出電流的參考電流；

步驟4：將兩軸靜止參考系中的公式(6)中的電壓轉換為三相參考系，并將零序電壓添加到下層功率單元之間的相間功率流控制中：

其中V_out1,a,V_out1,b,和V_out1,c是下層功率單元PWM調制的參考電壓；V_0,lower是下層功率單元間相間潮流的零序電壓；

與下層單元的相間潮流相似，上層單元的參考電壓也被轉化為三相參考系并將相間功率的零序電壓注入如下：

其中V_out2,a,V_out2,b,andV_out2,c是用于上功率單元PWM調制的參考電壓；同樣，V_0,upper是上層單元相間功率流的零序電壓；

步驟5：在得到了雙環電流和電壓控制器的參考電壓后，按照正弦脈寬調制(SPWM)或者空間矢量脈寬調制(SVPWM)，與三角波進行比較，得到開關管的占空比信號，從而控制變流器開關管的開通與關斷。