[發明專利]大功率高升壓比直流變流器緩啟動控制方法

有效

• 申請號: 202010465553.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111669041B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 劉芳;周建建;王佳寧;鄧金鑫;吳梓群
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M1/34
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種大功率高升壓比直流變流器緩啟動控制方法，其特征在于，所述的大功率高升壓比直流變流器包括一個逆變器組、一個網側三相電感、一個升壓變壓器、四個相同的三相二極管整流橋和兩個相同的高壓濾波電路；

所述逆變器組由K+1個相同的逆變器組成，K為正整數，在每個逆變器中均包含了一個直流側電容、一個逆變橋、一個橋臂側三相電感、一個接觸器和一個三相交流濾波電容，即逆變器組由K+1個相同的直流側電容、K+1個相同的逆變橋、K+1個相同的橋臂側三相電感、K+1個相同的三相交流濾波電容和K+1個相同的接觸器組成；在每個逆變器中，逆變橋的輸入端與直流側電容并聯，逆變橋的輸出端與橋臂側三相電感的一端串聯，橋臂側三相電感的另一端與接觸器串聯，三相交流濾波電容并聯在橋臂側三相電感和接觸器的串聯電路中；K+1個 直流側電容相互并聯，連接到光伏陣列輸出側正母線P與負母線N之間，K+1個接觸器并聯后與網側三相電感串聯，網側三相電感的另一端與升壓變壓器的原邊相連接，升壓變壓器的副邊分別與四個三相二極管整流橋連接，四個三相二極管整流橋的后級經過兩個高壓濾波電路后并入直流電網；

將K+1個逆變器中的一個設為主逆變器，主逆變器中的直流側電容記為直流側電容C_dc0，主逆變器中的三相交流濾波電容記為濾波電容C₀，主逆變器中的接觸器記為接觸器S₀；其他K個逆變器設為從逆變器，將K個從逆變器中的任一個從逆變器記為從逆變器i，i＝1,2...K，從逆變器i中的直流側電容記為直流側電容C_dci，從逆變器i中的三相交流濾波電容記為濾波電容C_i，從逆變器中的接觸器記為接觸器S_i；

所述大功率高升壓比直流變流器緩啟動控制方法包括以下步驟：

步驟1，實時采樣以及坐標變換

對以下參數進行實時采樣：主逆變器直流側電容C_dc0上的電壓并記為主逆變器直流側電壓U_dc，升壓變壓器原邊側交流電壓u_a,u_b,u_c，主逆變器橋臂側三相電感電流i_La，i_Lb，i_Lc，從逆變器i橋臂側三相電感電流i_Lai，i_Lbi，i_Lci，從逆變器i橋臂側三相電感之后、接觸器之前的電壓并記為從逆變器i橋臂側LC濾波后電壓u_sai,u_sbi,u_sci；

對升壓變壓器原邊側交流電壓u_a,u_b,u_c，主逆變器橋臂側三相電感電流i_La，i_Lb，i_Lc、從逆變器i橋臂側三相電感電流i_Lai，i_Lbi，i_Lci和從逆變器i橋臂側LC濾波后電壓u_sai,u_sbi,u_sci分別進行旋轉坐標變換，得到升壓變壓器原邊側交流電壓的dq分量U_d,U_q，主逆變器橋臂側三相電感電流的dq分量I_d,I_q、從逆變器i橋臂側三相電感電流的dq分量I_di,I_qi和從逆變器i橋臂側LC濾波后電壓的dq分量U_sdi,U_qdi；

步驟2，主逆變器/從逆變器輸出電壓開環緩啟動

令大功率高升壓比直流變流器緩啟動之前，主逆變器/從逆變器的接觸器均為斷開狀態，然后主逆變器檢測主逆變器直流側電壓U_dc是否達到開環運行設定電壓值U_dc'，如果沒有達到開環運行設定電壓值U_dc'，保持原狀態并繼續進行檢測；如果達到開環運行設定電壓值U_dc'，主逆變器的接觸器S₀閉合，K個從逆變器的接觸器S_i繼續保持斷開，主逆變器/從逆變器開始輸出電壓開環緩啟動；

設定采樣周期為T，以M個采樣周期T為時間間隔進行輸出電壓開環緩啟動控制，具體的，將接觸器S₀閉合時的時刻記為輸出電壓開環緩啟動初始時刻t₁，將經過M×T時間間隔后到達的時刻記為輸出電壓開環緩啟動結束時刻t₂，即t₂-t₁＝M×T，M為正整數；

設t^*₁是時間段t₁～t₂中的任意時刻，主逆變器/從逆變器輸出電壓開環緩啟動給定值U_{feed_f}的計算式為：

在時間段t₁～t₂內，

當時間超過時刻t₂，U_{feed_f}＝U_{o_ref}；

其中，U_{0_ref}為給定的輸出電壓開環緩啟動最終值；

步驟3，主逆變器閉環運行

在時間段t₁～t₂內，主逆變器/從逆變器根據開環緩啟動控制指令使逆變器組緩慢建立三相交流電壓，當時間超過時刻t₂，主逆變器的直流側電壓外環和交流電流內環開始工作，主逆變器開始進入閉環運行；

設置主逆變器直流側電壓的閉環運行給定值為U_dc^*，通過主逆變器的直流側電壓外環控制方程和主逆變器的交流電流內環控制方程求得主逆變器的交流電流內環d軸給定值I_d^*、主逆變器輸出電壓控制信號d軸分量u_{abc_d}和主逆變器輸出電壓控制信號q軸分量u_{abc_q}；

主逆變器的直流側電壓外環控制方程為：

其中，K_{p_dc}是主逆變器直流側電壓外環的比例系數，K_{s_dc}是主逆變器直流側電壓外環的積分系數，s是拉普拉斯算子；

主逆變器的交流電流內環控制方程為：

其中，K_{p_ac}是主逆變器交流電流內環的比例系數，K_{s_ac}是主逆變器交流電流內環的積分系數，I_q^*是設置的主逆變器交流電流內環q軸給定值；

主逆變器輸出電壓控制信號d軸分量u_{abc_d}和主逆變器輸出電壓控制信號q軸分量u_{abc_q}，通過反坐標變換得到主逆變器輸出電壓控制指令u_a^*,u_b^*,u_c^*，主逆變器輸出電壓控制指令u_a^*,u_b^*,u_c^*控制主逆變器的交流電壓達到設定的交流電壓額定值，主逆變器閉環運行完成；

步驟4，K個從逆變器依次進行閉環緩啟動

主逆變器閉環運行完成后，主逆變器將依次發送閉環緩啟動指令給K個從逆變器，控制K個從逆變器依次進行閉環緩啟動，具體的，主逆變器閉環運行完成后，主逆變器發送閉環緩啟動指令給從逆變器1，控制從逆變器1進行閉環緩啟動，從逆變器1閉環緩啟動完成后，主逆變器再發送閉環緩啟動指令給從逆變器2，控制從逆變器2進行閉環緩啟動，依次類推，直到K個從逆變器全部完成閉環緩啟動；

其中，任一個從逆變器即從逆變器i的閉環緩啟動過程如下：

步驟4.1，從逆變器i檢測自身的橋臂側LC濾波后電壓u_sai,u_sbi,u_sci的相位、幅值與升壓變壓器原邊側交流電壓u_a,u_b,u_c的相位、幅值是否完全一致，如果沒有完全一致，則保持原狀態并繼續檢測；如果完全一致，從逆變器i的接觸器S_i閉合，從逆變器i開始閉環緩啟動；

步驟4.2，以N個采樣周期T為時間間隔進行從逆變器i閉環緩啟動控制，具體的，將接觸器S_i閉合的時刻記為從逆變器i閉環緩啟動開始時刻t_i1，將經過N×T時間間隔后到達的時刻記為從逆變器i閉環緩啟動結束時刻t_i2，即t_i2-t_i1＝N×T，N為正整數；

設t^*_i1是時間段t_i1～t_i2中的任意時刻，從逆變器i閉環緩啟動有功給定值P_i^*和從逆變器i閉環緩啟動無功給定值Q_i^*的計算式為：

在時間段t_i1～t_i2內，

當時間超過時刻t_i2，P_i^*＝P* Q_i^*＝Q*

其中，P_N^*為主逆變器有功率指令值P^*從輸出電壓開環緩啟動結束時刻t₂開始，經過10個采樣周期得到的平均值，Q_N^*為主逆變器無功率指令值Q^*從輸出電壓開環緩啟動結束時刻t₂開始，經過10個采樣周期得到的平均值，主逆變器有功功率指令值P^*和主逆變器無功功率指令值Q^*的計算式分別如下：

步驟4.3，通過從逆變器i功率環控制方程求得從逆變器i的有功功率P_i、從逆變器i的無功功率Q_i、從逆變器i交流電流內環d軸的給定值I_di^*和從逆變器i交流電流內環q軸的給定值I_qi^*；

從逆變器i功率環控制方程為：

I_di^*＝(K_{p_pi}+K_{s_pi}/s)(P_i^*-P_i)

I_qi*＝(K_{p_pi}+K_{s_pi}/s)(Q_i^*-Q_i)

其中，K_{p_pi}是從逆變器i功率外環的比例系數，K_{s_pi}是從逆變器i功率外環的積分系數；

步驟4.4，通過從逆變器i的交流電流內環控制方程求得從逆變器i輸出電壓控制信號d軸分量u_{abc_di}、從逆變器i輸出電壓控制信號q軸分量u_{abc_qi}；

從逆變器i的交流電流內環控制方程為：

其中，K_{p_aci}是從逆變器i的交流電流內環的比例系數，K_{s_aci}是從逆變器i的交流電流內環的積分系數；

從逆變器i輸出電壓控制信號d軸分量u_{abc_di}和從逆變器i輸出電壓控制信號q軸分量u_{abc_qi}，通過反坐標變換得到從逆變器i的輸出電壓控制指令u_ai^*,u_bi^*,u_ci^*，從逆變器i的輸出電壓控制指令u_ai^*,u_bi^*,u_ci^*控制從逆變器i的交流電壓達到設定的交流電壓額定值，從逆變器i閉環緩啟動完成并將完成信號發送給主逆變器；

步驟5，主逆變器直流側電壓外環緩啟動

主逆變器收到最后一臺從逆變器完成閉環緩啟動的信號后，開始進行主逆變器直流側電壓外環緩啟動，具體的，修改主逆變器直流側電壓的閉環運行給定值U_dc^*為主逆變器直流側電壓外環緩啟動給定值U_dc^**，使得逆變器組工作在最大功率點處；

主逆變器直流側電壓外環緩啟動的實現方法如下：

以Z個采樣周期T為時間間隔進行主逆變器直流側電壓外環緩啟動控制，具體的，將主逆變器收到最后一臺從逆變器完成閉環緩啟動信號的時刻記為主逆變器直流側電壓外環緩啟動開始時刻t₃，將經過Z×T時間間隔后到達的時刻記為主逆變器直流側電壓外環緩啟動結束時刻t₄，即t₄-t₃＝Z×T，Z為正整數；

設t₃^*是時間段t₃～t₄中的任意時刻，主逆變器直流側電壓外環緩啟動給定值U_dc^**計算式如下：

在時間段t₃～t₄內，

當時間超過時刻t₄，U_dc**＝U_{dc_max}

其中，U_{dc_max}為最大功率點對應的主逆變器直流側電壓值；

至此，整個大功率高升壓比直流變流器緩啟動結束。