[發(fā)明專利]低壓大功率光伏制氫電源裝置及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110065662.7
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112751331B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉芳;汪浩東;吳梓群;徐韞鈺;李研
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02M3/335;H02M7/493;H02M1/14
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種低壓大功率并網(wǎng)制氫電源裝置的控制方法，所述低壓大功率并網(wǎng)制氫電源裝置包括一個整流器模組、一個并聯(lián)逆變器模組、一個中頻移相四繞組降壓變壓器、一個三相二極管不控整流橋組、與三相二極管不控整流橋組對應(yīng)的低壓濾波電路組和制氫裝置；

所述并聯(lián)逆變器模組中包括N個相同的逆變器模組，每個逆變器模組由一個三電平三橋臂逆變器和一個LCL電路組成，所述LCL電路包括順序串聯(lián)的三相橋臂側(cè)電感和三相變壓器側(cè)電感，三相星型連接濾波電容接入三相橋臂側(cè)電感和三相變壓器側(cè)電感之間；N個逆變器模組中的N個三電平三橋臂逆變器的正極并聯(lián)后構(gòu)成并聯(lián)逆變器模組的共直流母線正端，N個逆變器模組中的N個三電平三橋臂逆變器的負(fù)極并聯(lián)后構(gòu)成并聯(lián)逆變器模組的共直流母線負(fù)端；N個逆變器模組中的N個三相變壓器側(cè)電感輸出端并聯(lián)后與中頻移相四繞組降壓變壓器的高壓側(cè)相連接；

所述整流器模組包括三相降壓變壓器、三相整流橋濾波電感、兩電平三橋臂整流橋和整流器模組濾波電容，三相降壓變壓器的高壓側(cè)與中高壓交流電網(wǎng)相連接，三相降壓變壓器的低壓側(cè)與三相整流橋濾波電感的輸入端相連接，三相整流橋濾波電感的輸出端與兩電平三橋臂整流橋的三相輸入端相連接，兩電平三橋臂整流橋的輸出端與整流器模組濾波電容并聯(lián)后接入并聯(lián)逆變器模組的共直流母線正負(fù)端；

所述三相二極管不控整流橋組包括四個相同的三相二極管整流橋，所述中頻移相四繞組輸出降壓變壓器的低壓輸出端分別與四個三相二極管整流橋的輸入端相連接；所述低壓濾波電路組包括八個相同的直流濾波電感和一個直流輸出濾波電容；在三相二極管不控整流橋組的四個三相二極管整流橋中，每個三相二極管整流橋輸出端的正極和負(fù)極各接入一個直流濾波電感，與三相二極管整流橋輸出端正極相連的四個直流濾波電感的輸出側(cè)并聯(lián)在一起后接在直流輸出濾波電容的正極，與三相二極管整流橋輸出端負(fù)極相連的四個直流濾波電感的輸出側(cè)并聯(lián)在一起后接在直流輸出濾波電容的負(fù)極，直流輸出濾波電容并聯(lián)接入制氫裝置的輸入端；

所述中頻移相四繞組降壓變壓器包括一個高壓繞組和四個低壓繞組，其中高壓繞組為星型連接，低壓繞組中的四個繞組從上到下依次為角型連接、星型連接、星型連接和角型連接；

其特征在于，本發(fā)明所述的控制方法的步驟如下：

步驟1，采樣與坐標(biāo)變換

步驟1.1，參數(shù)設(shè)定

將并聯(lián)逆變器模組中的N個逆變器模組中的任一個逆變器模組記為主逆變器模組，其他N-1個逆變器模組記為從逆變器模組i，i＝2，3，…，N；將主逆變器模組中的三電平三橋臂逆變器記為主逆變器、主逆變器模組中的三相橋臂側(cè)電感記為主橋臂側(cè)電感L₁₁、主逆變器模組中的三相變壓器側(cè)電感記為主變壓器側(cè)電感L₂₁、主逆變器模組中的三相星型連接濾波電容記為主濾波電容C₁₁；將從逆變器模組i中的三電平三橋臂逆變器作為從逆變器并記為從逆變器i、從逆變器模組i中的三相橋臂側(cè)電感記為從橋臂側(cè)電感L_1i、從逆變器模組i中的三相變壓器側(cè)電感記為從變壓器側(cè)電感L_2i、從逆變器模組i中的三相星型連接濾波電容記為從濾波電容C_1i；

步驟1.2，采樣

對整流器模組采集以下數(shù)據(jù)：整流器模組直流輸出電壓U_dc0，三相整流橋濾波電感電流i_L0a,i_L0b,i_L0c，三相降壓變壓器低壓側(cè)電壓E_0a,E_0b,E_0c；

對并聯(lián)逆變器模組采集以下數(shù)據(jù)：主逆變器的主濾波電容電壓u_C1a,u_C1b,u_C1c，主逆變器的主橋臂側(cè)電感電流i_L1a,i_L1b,i_L1c，從逆變器i的從濾波電容電壓u_C1ai,u_C1bi,u_C1ci，從逆變器i的從橋臂側(cè)電感電流i_L1ai,i_L1bi,i_L1ci；

對中頻移相四繞組降壓變壓器采集以下數(shù)據(jù)：中頻移相四繞組降壓變壓器高壓側(cè)電壓E_a,E_b,E_c；

對低壓濾波電路組采集直流輸出濾波電容端電壓U_dc1；

步驟1.3，坐標(biāo)變換

對三相整流橋濾波電感電流i_L0a,i_L0b,i_L0c進行單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到三相整流橋濾波電感電流dq分量i_L0d,i_L0q；

對主濾波電容電壓u_C1a,u_C1b,u_C1c進行單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到主濾波電容電壓壓dq分量U_d1,U_q1，對主橋臂側(cè)電感電流i_L1a,i_L1b,i_L1c進行單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到主橋臂側(cè)電感電流dq分量i_L1d,i_L1q，對從橋臂側(cè)電感電流i_L1ai,i_L1bi,i_L1ci進行單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到從橋臂側(cè)電感電流dq分量i_L1di,i_L1qi，對從濾波電容電壓u_C1ai,u_C1bi,u_C1ci進行單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到從濾波電容電壓dq分量U_di,U_qi；

步驟2，整流器模組的控制設(shè)計

令整流器模組直流輸出電壓的電壓指令為根據(jù)步驟1.2得到的整流器模組直流輸出電壓U_dc0，經(jīng)過整流器模組直流輸出電壓控制方程得到整流器模組的有功電流指令令整流器模組的無功電流指令為0；根據(jù)步驟1.3得到的整流器模組三相整流橋濾波電感電流dq分量i_L0d,i_L0q，結(jié)合整流器模組的有功電流指令和無功電流指令經(jīng)整流器模組三相整流橋濾波電感電流控制方程得到整流器模組的控制信號u_d0,u_q0；

所述整流器模組直流輸出電壓控制方程為：

所述整流器模組三相整流橋濾波電感電流控制方程為：

其中，K_{p_dc0}為整流器模組直流輸出電壓外環(huán)比例控制系數(shù)、K_{i_dc0}為整流器模組直流輸出電壓外環(huán)積分控制系數(shù)，K_{p_i0}為整流器模組三相整流橋濾波電感電流環(huán)的比例控制系數(shù)，K_{i_i0}為整流器模組三相整流橋濾波電感電流環(huán)的積分控制系數(shù)，s為拉普拉斯算子；

步驟3，主逆變器的控制設(shè)計

根據(jù)步驟1.2得到的直流輸出濾波電容端電壓U_dc1，并令直流輸出濾波電容端電壓指令為經(jīng)過主逆變器直流輸出電壓控制方程得到主逆變器的有功電流指令同時令主逆變器的無功電流指令為0，并將該無功電流指令作為從逆變器i的基準(zhǔn)有功無功電流參考指令；根據(jù)步驟1.3得到的主橋臂側(cè)電感電流dq分量i_L1d,i_L1q，并結(jié)合主逆變器的有功電流指令和無功電流指令經(jīng)主逆變器電流控制方程得到主逆變器的控制信號u_d,u_q；

所述主逆變器直流輸出電壓控制方程為：

所述主逆變器電流控制方程為：

其中，K_{p_dc1}為主逆變器直流輸出電壓外環(huán)比例控制系數(shù)、K_{i_dc1}為主逆變器直流輸出電壓外環(huán)積分控制系數(shù)，K_{p_i1}為主逆變器電流環(huán)的比例控制系數(shù)，K_{i_i1}為主逆變器電流環(huán)的積分控制系數(shù)，K_r為主逆變器諧振控制系數(shù)，F(xiàn)₁為主逆變器的品質(zhì)因子，ω₀為中頻移相四繞組降壓變壓器基頻角頻率；

步驟4，從逆變器i的控制設(shè)計

步驟4.1根據(jù)主逆變器有功功率方程得到主逆變器的有功功率指令P^*，根據(jù)主逆變器無功功率方程得到主逆變器的無功功率指令Q^*，根據(jù)從逆變器i有功功率方程得到從逆變器i的有功功率P_i，根據(jù)從逆變器i無功功率方程得到從逆變器i的無功功率Q_i；

所述主逆變器有功功率方程和主逆變器無功功率方程為：

所述從逆變器i有功功率方程和從逆變器i無功功率方程為：

P_i＝U_di×i_L1di+U_qi×i_L1qi

Q_i＝U_di×i_L1qi-U_qi×i_L1di

步驟4.2，根據(jù)步驟4.1中得到的主逆變器的有功功率指令P^*和無功功率指令Q^*、從逆變器i的有功功率P_i和無功功率Q_i，經(jīng)過功率控制方程得到從逆變器i的有功電流指令和無功電流指令

所述功率控制方程為：

其中，K_{p_aci}為從逆變器i的功率環(huán)比例控制系數(shù)，K_{i_aci}為從逆變器i的功率環(huán)積分控制系數(shù)；

步驟4.3，根據(jù)步驟1.3得到的從橋臂側(cè)電感電流dq分量I_L1di,I_L1qi、步驟4.2得到的從逆變器i的有功和無功電流指令經(jīng)過電流控制方程得到從逆變器i的控制信號u_di,u_qi，所述電流控制方程為：

其中，為從機電壓前饋信號，K_pi為從逆變器i的電流環(huán)比例控制系數(shù)，K_ii為從逆變器i的電流環(huán)積分控制系數(shù)，K_ri為從逆變器i的諧振控制系數(shù)，F(xiàn)_i為從逆變器i的品質(zhì)因子。