[發(fā)明專利]高過(guò)載能量變換電源動(dòng)態(tài)同步轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011062026.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN112271723B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周樂明;肖嬋;易偉浪;王舒克;周杰;劉琦;肖志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/24;H02J3/28;H02J3/46;H02J3/48;H02J3/50
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);王娟

本發(fā)明公開了一種高過(guò)載能量變換電源的動(dòng)態(tài)同步轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源內(nèi)部變換器的虛擬轉(zhuǎn)矩，縮小了柴油機(jī)與變換器角頻率加速度的差距，有效抑制了柴油機(jī)與變換器并聯(lián)下低頻功率振蕩，實(shí)現(xiàn)過(guò)載工況下多通道的同步供電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海島、港口、碼頭、船舶供電及控制領(lǐng)域，特別是一種高過(guò)載能量變換電源動(dòng)態(tài)同步轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，海島上的民用設(shè)施是由本地風(fēng)/光/柴/儲(chǔ)等分布式發(fā)電單元所構(gòu)成的電源系統(tǒng)來(lái)保障持續(xù)供電。該電源系統(tǒng)往往采用不間斷供電方式，能基本滿足常規(guī)的阻感負(fù)荷或恒功率負(fù)荷的需求。然而，海島武器裝備等短時(shí)高能負(fù)荷要求高質(zhì)量、高過(guò)載能量，單獨(dú)使用柴油機(jī)組等發(fā)電單元難以滿足短時(shí)高質(zhì)、高過(guò)載能量的需求。因此，柴油機(jī)組需與儲(chǔ)能單元聯(lián)合為短時(shí)高能負(fù)荷供電。

然而，在柴油機(jī)與儲(chǔ)能單元并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)中，為了匹配特殊負(fù)荷供電需求，DC/AC變換器必須模擬柴油發(fā)電機(jī)組的慣性與阻尼特性，工作于虛擬同步機(jī)狀態(tài)，類似于多個(gè)同步機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)。由于慣性的引入，在柴油機(jī)與多臺(tái)具有虛擬慣性的分布式電源并聯(lián)系統(tǒng)中，負(fù)載突變時(shí)往往會(huì)引起功率振蕩。對(duì)于多臺(tái)均同時(shí)工作于虛擬同步控制模式的變換器并聯(lián)系統(tǒng)，通常采用慣量匹配方法來(lái)抑制系統(tǒng)功率振蕩。然而，對(duì)于虛擬同步機(jī)與柴油機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，由于柴油機(jī)慣量、阻尼系數(shù)等參數(shù)都是固定無(wú)法調(diào)節(jié)的變量，且柴油機(jī)一經(jīng)研制，控制系統(tǒng)也基本無(wú)法更改，很難實(shí)現(xiàn)并聯(lián)系統(tǒng)的慣量匹配。因此，很難通過(guò)慣量匹配方法來(lái)解決柴油機(jī)與虛擬同步機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)功率振蕩問題，尤其是在高能脈沖負(fù)載的運(yùn)行工況下，系統(tǒng)功率變化頻繁，工作于電壓源下的變換器很容易與柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)生持續(xù)低頻功率振蕩，導(dǎo)致供電系統(tǒng)難以提供高質(zhì)可靠供電，嚴(yán)重時(shí)甚至造成電力電子設(shè)備的損壞，這將嚴(yán)重制約重要的高能武器裝備性能發(fā)揮。

高過(guò)載能量電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，在過(guò)載時(shí)包含三條供電回路：第一供電回路為：柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)開關(guān)S₁直接供電；第二條供電回路為：儲(chǔ)能單元經(jīng)雙向DC/DC變換器、前級(jí)PWM變換器與柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)經(jīng)開關(guān)S₁給負(fù)荷供電；第三條供電回路為：儲(chǔ)能單元經(jīng)雙向DC/DC變換器、后級(jí)PWM變換器以及開關(guān)S₂為負(fù)荷提供電能。其中，P₀、Q₀表示柴油機(jī)組的輸出有功功率和無(wú)功功率，P₁、Q₁表示前級(jí)PWM變換器的輸出有功功率和無(wú)功功率，P₂、Q₂表示后級(jí)PWM變換器的輸出有功功率和無(wú)功功率，u₁、i₁表示前級(jí)PWM變換器的輸出電壓和電流，u₂、i₂表示后級(jí)PWM變換器的輸出電壓和電流，DC表示直流側(cè)端口，AC表示三相交流母線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高過(guò)載能量變換電源動(dòng)態(tài)同步轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)，抑制柴油機(jī)與變換器并聯(lián)下低頻功率振蕩，實(shí)現(xiàn)過(guò)載工況下多通道的同步供電。其中，高過(guò)載電源指的是過(guò)載時(shí)可短時(shí)提供數(shù)倍額定容量的能量輸出的電源。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高過(guò)載能量變換電源動(dòng)態(tài)同步轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟：

1)采樣前級(jí)PWM變換器、后級(jí)PWM變換器三相輸出電壓u_i、輸出電流i_i以及柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓u₀；其中，i＝1表示所采樣的數(shù)據(jù)為前級(jí)PWM變換器的電壓、電流；i＝2表示所采樣的數(shù)據(jù)為后級(jí)PWM變換器的電壓、電流；

2)利用所述前級(jí)PWM變換器、后級(jí)PWM變換器三相輸出電壓u_i、輸出電流i_i分別計(jì)算前級(jí)PWM變換器、后級(jí)PWM變換器的有功功率P_ei和無(wú)功功率Q_ei，并利用鎖相環(huán)獲取柴油發(fā)電機(jī)組輸出電壓角頻率ω₀和相角φ₀；