基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法制造方法及图纸

技术编号:15516011 阅读:292 留言:0更新日期:2017-06-04 07:11
本发明专利技术公开了一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法,包括双向直流变换器、移相均流控制模块、有源阻尼控制模块、控制模式选择模块,高压侧外电压环恒压控制模块和低压侧外电压环恒压控制模块;有源阻尼控制模块包括第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块,第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块依次串联,本发明专利技术既能保证双向直流变换器长期安全稳定运行,又能使双向直流变换器获得良好的动静态特性,且易于实现,非常适合应用于LCL滤波器的双向直流变换器的控制。

【技术实现步骤摘要】
基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法
本专利技术涉及新能源并网发电及储能变换器研究
,尤其涉及一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法。
技术介绍
在新型涉及新能源并网发电及储能变换器研究
,广泛应用双向直流变换器作为储能电池组与双向交直流变换器、直流微电网、直流配电网的接口设备,其中LCL滤波器三相交错双向直流变换器,具有低压侧纹波电流较小,开关管电流应力较小,功率密度高等优点。然而,LCL滤波器三相交错双向直流变换器将LCL滤波器及交错并联技术引入双向Buck-Boost变换器,对系统控制策略提出更高的要求。一方面,LCL滤波器提高了系统的阶数,这种结构在谐振点处会表现出较低的阻抗,引起系统谐振,导致系统失稳;另一方面,交错并联技术则提高了系统对变换器三相移相均流控制策略的要求,当出现三相电流不均时,系统输入端电流纹波会大幅增加,从而致使系统发热,效率下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法,本基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法解决了基于LCL滤波器的双向直流变换器具有的系统稳定性及交错并联均流问题。为实现上述技术目的,本专利技术采取的技术方案为:一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置,包括双向直流变换器、移相均流控制模块、有源阻尼控制模块、控制模式选择模块,高压侧外电压环恒压控制模块和低压侧外电压环恒压控制模块;所述的双向直流变换器包括依次电连接的低压侧等效电源VL、三相交错并联LCL滤波器、三相交错并联开关管、高压侧滤波电容C2和高压侧等效电源VH,所述三相交错并联LCL滤波器包括低压侧滤波电感L1、低压侧滤波电感L2、低压侧滤波电感L3、低压侧滤波电感L4和低压侧滤波电容C1;所述移相均流控制模块包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一比较模块、第二比较模块、第三比较模块、第一比例控制器、第二比例控制器、第三比例控制器、第一三角波调制模块、第二三角波调制模块和第三三角波调制模块,所述第一电流传感器、第一比较模块、第一比例控制器和第一三角波调制模块依次串联,所述第二电流传感器、第二比较模块、第二比例控制器和第二三角波调制模块依次串联,所述第三电流传感器、第三比较模块、第三比例控制器和第三三角波调制模块依次串联,所述第一三角波调制模块、第二三角波调制模块和第三三角波调制模块分别与三相交错并联开关管连接,所述第一电流传感器用于测量低压侧滤波电感L2的电流,所述第二电流传感器用于测量低压侧滤波电感L3的电流,所述第三电流传感器用于测量低压侧滤波电感L4的电流;所述有源阻尼控制模块包括第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块,所述第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块依次串联,所述均流比例模块分别与第一比较模块、第二比较模块和第三比较模块连接,所述第四电流传感器用于测量低压侧滤波电感L1的电流;所述控制模式选择模块连接有上层控制器;所述高压侧外电压环恒压控制模块包括第一电压传感器、第五比较模块和第二比例积分控制器,所述第一电压传感器、第五比较模块和第二比例积分控制器依次串联,所述第二比例积分控制器与所述控制模式选择模块连接,所述第五比较模块与上层控制器连接,所述第一电压传感器用于测量高压侧滤波电容C2的两端电压;所述低压侧外电压环恒压控制模块包括第二电压传感器、第六比较模块和第三比例积分控制器,所述第二电压传感器、第六比较模块和第三比例积分控制器依次串联,所述第三比例积分控制器与所述控制模式选择模块连接,所述第六比较模块与上层控制器连接,所述第二电压传感器用于测量低压侧滤波电容C1的两端电压。作为本专利技术进一步改进的技术方案,所述三相交错并联开关管包括带有反并联二极管的晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3、晶体管S4、晶体管S5和晶体管S6,所述晶体管S1、晶体管S3和晶体管S5的集电极端均与高压侧滤波电容C2的一端和高压侧等效电源VH电压正端。作为本专利技术进一步改进的技术方案,所述低压侧滤波电感L1的一端与低压侧等效电源VL电压正端连接,所述低压侧滤波电感L1的另一端分别与低压侧滤波电感L2的一端、低压侧滤波电感L3的一端、低压侧滤波电感L4的一端和压侧滤波电容C1的一端连接,所述低压侧滤波电感L2的另一端分别与晶体管S1的发射极和晶体管S2的集电极连接,所述低压侧滤波电感L3的另一端分别与晶体管S3发射极和晶体管S4集电极连接,所述低压侧滤波电感L4的另一端分别与晶体管S5发射极和晶体管S6集电极连接,所述低压侧等效电源VL电压负端分别与低压侧滤波电容C1的另一端、晶体管S2的发射极、晶体管S4的发射极、晶体管S6的发射极、高压侧滤波电容C2的另一端和高压侧等效电源VH电压负端连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案,所述移相均流控制模块还包括第一延迟模块、第二延迟模块和第三延迟模块,所述第一三角波调制模块通过第一延迟模块分别与晶体管S1和晶体管S2连接,所述第二三角波调制模块通过第二延迟模块分别与晶体管S3和晶体管S4连接,所述第三三角波调制模块通过第三延迟模块分别与晶体管S5和晶体管S6连接。本专利技术采取的另一个技术方案为:一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置的控制方法,具体包括以下步骤:步骤1:低压侧外电压环恒压控制模块中的第二电压传感器测量低压侧滤波电容C1的两端电压vL,第六比较模块将电压vL与上层控制器给定的低压侧电压定值vLref比差,得到差值△vL,第三比例积分控制器对差值△vL进行比例积分控制,得到外电流环参考值iL1ref,供给控制模式选择模块;高压侧外电压环恒压控制模块中的第一电压传感器测量高压侧滤波电容C2的两端电压vH,第五比较模块将电压vH与上层控制器给定的高压侧电压定值vHref比差,得到差值△vH,第二比例积分控制器对差值△vH进行比例积分控制,得到外电流环参考值iL1ref,供给控制模式选择模块;上层控制器直接指定的外电流环参考值iL1ref并供给控制模式选择模块;步骤2:控制模式选择模块为三选一的控制模式选择模块,控制模式选择模块根据上层控制器的控制指令选择双向直流变换器的控制模式,并将低压侧外电压环恒压控制模块输出的外电流环参考值iL1ref、高压侧外电压环恒压控制模块输出的外电流环参考值iL1ref和上层控制器直接指定的外电流环参考值iL1ref中的三者之一作为iL1ref提供给有源阻尼控制模块;步骤3:有源阻尼控制模块中的第四电流传感器测量低压侧滤波电感L1的电流iL1,第四比较模块将电流iL1与控制模式选择模块所选择的外电流环参考值iL1ref比差,得到差值△iL1,第一比例积分控制器对差值△iL1比例积分控制,得到控制变量ic1,陷波器模块对三相交错并联LCL滤波器的谐振尖峰进行补偿且滞后网络模块对三相交错并联LCL滤波器出现的参数变化进行冗余补偿,得到补偿后的信号ic1*,信号ic1*通过均流比例模块分别为移相均流控制模块中的第一比较模块提供电流参考值iL2ref、为第二比较模块提供电流参考值iL本文档来自技高网...
基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法

【技术保护点】
一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置,其特征在于:包括双向直流变换器、移相均流控制模块、有源阻尼控制模块、控制模式选择模块,高压侧外电压环恒压控制模块和低压侧外电压环恒压控制模块;所述的双向直流变换器包括依次电连接的低压侧等效电源VL、三相交错并联LCL滤波器、三相交错并联开关管、高压侧滤波电容C2和高压侧等效电源VH,所述三相交错并联LCL滤波器包括低压侧滤波电感L1、低压侧滤波电感L2、低压侧滤波电感L3、低压侧滤波电感L4和低压侧滤波电容C1;所述移相均流控制模块包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一比较模块、第二比较模块、第三比较模块、第一比例控制器、第二比例控制器、第三比例控制器、第一三角波调制模块、第二三角波调制模块和第三三角波调制模块,所述第一电流传感器、第一比较模块、第一比例控制器和第一三角波调制模块依次串联,所述第二电流传感器、第二比较模块、第二比例控制器和第二三角波调制模块依次串联,所述第三电流传感器、第三比较模块、第三比例控制器和第三三角波调制模块依次串联,所述第一三角波调制模块、第二三角波调制模块和第三三角波调制模块分别与三相交错并联开关管连接,所述第一电流传感器用于测量低压侧滤波电感L2的电流,所述第二电流传感器用于测量低压侧滤波电感L3的电流,所述第三电流传感器用于测量低压侧滤波电感L4的电流;所述有源阻尼控制模块包括第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块,所述第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块依次串联,所述均流比例模块分别与第一比较模块、第二比较模块和第三比较模块连接,所述第四电流传感器用于测量低压侧滤波电感L1的电流;所述控制模式选择模块连接有上层控制器;所述高压侧外电压环恒压控制模块包括第一电压传感器、第五比较模块和第二比例积分控制器,所述第一电压传感器、第五比较模块和第二比例积分控制器依次串联,所述第二比例积分控制器与所述控制模式选择模块连接,所述第五比较模块与上层控制器连接,所述第一电压传感器用于测量高压侧滤波电容C2的两端电压;所述低压侧外电压环恒压控制模块包括第二电压传感器、第六比较模块和第三比例积分控制器,所述第二电压传感器、第六比较模块和第三比例积分控制器依次串联,所述第三比例积分控制器与所述控制模式选择模块连接,所述第六比较模块与上层控制器连接,所述第二电压传感器用于测量低压侧滤波电容C1的两端电压。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置,其特征在于:包括双向直流变换器、移相均流控制模块、有源阻尼控制模块、控制模式选择模块,高压侧外电压环恒压控制模块和低压侧外电压环恒压控制模块;所述的双向直流变换器包括依次电连接的低压侧等效电源VL、三相交错并联LCL滤波器、三相交错并联开关管、高压侧滤波电容C2和高压侧等效电源VH,所述三相交错并联LCL滤波器包括低压侧滤波电感L1、低压侧滤波电感L2、低压侧滤波电感L3、低压侧滤波电感L4和低压侧滤波电容C1;所述移相均流控制模块包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第一比较模块、第二比较模块、第三比较模块、第一比例控制器、第二比例控制器、第三比例控制器、第一三角波调制模块、第二三角波调制模块和第三三角波调制模块,所述第一电流传感器、第一比较模块、第一比例控制器和第一三角波调制模块依次串联,所述第二电流传感器、第二比较模块、第二比例控制器和第二三角波调制模块依次串联,所述第三电流传感器、第三比较模块、第三比例控制器和第三三角波调制模块依次串联,所述第一三角波调制模块、第二三角波调制模块和第三三角波调制模块分别与三相交错并联开关管连接,所述第一电流传感器用于测量低压侧滤波电感L2的电流,所述第二电流传感器用于测量低压侧滤波电感L3的电流,所述第三电流传感器用于测量低压侧滤波电感L4的电流;所述有源阻尼控制模块包括第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块,所述第四电流传感器、第四比较模块、第一比例积分控制器、陷波器模块、滞后网络模块和均流比例模块依次串联,所述均流比例模块分别与第一比较模块、第二比较模块和第三比较模块连接,所述第四电流传感器用于测量低压侧滤波电感L1的电流;所述控制模式选择模块连接有上层控制器;所述高压侧外电压环恒压控制模块包括第一电压传感器、第五比较模块和第二比例积分控制器,所述第一电压传感器、第五比较模块和第二比例积分控制器依次串联,所述第二比例积分控制器与所述控制模式选择模块连接,所述第五比较模块与上层控制器连接,所述第一电压传感器用于测量高压侧滤波电容C2的两端电压;所述低压侧外电压环恒压控制模块包括第二电压传感器、第六比较模块和第三比例积分控制器,所述第二电压传感器、第六比较模块和第三比例积分控制器依次串联,所述第三比例积分控制器与所述控制模式选择模块连接,所述第六比较模块与上层控制器连接,所述第二电压传感器用于测量低压侧滤波电容C1的两端电压。2.根据权利要求1所述的基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置,其特征在于:所述三相交错并联开关管包括带有反并联二极管的晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3、晶体管S4、晶体管S5和晶体管S6,所述晶体管S1、晶体管S3和晶体管S5的集电极端均与高压侧滤波电容C2的一端和高压侧等效电源VH电压正端。3.根据权利要求2所述的基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置,其特征在于:所述低压侧滤波电感L1的一端与低压侧等效电源VL电压正端连接,所述低压侧滤波电感L1的另一端分别与低压侧滤波电感L2的一端、低压侧滤波电感L3的一端、低压侧滤波电感L4的一端和压侧滤波电容C1的一端连接,所述低压侧滤波电感L2的另一端分别与晶体管S1的发射极和晶体管S2的集电极连接,所述低压侧滤波电感L3的另一端分别与晶体管S3发射极和晶体管S4集电极连接,所述低压侧滤波电感L4的另一端分别与晶体管S5发射极和晶体管S6集电极连接,所述低压侧等效电源VL电压负端分别与低压侧滤波电容C1的另一端、晶体管S2的发射极、晶体管S4的发射极、晶体管S6的发射极、高压侧滤波电容C2的另一端和高压侧等效电源VH电压负端连接。4.根据权利要求2所述的基于LCL滤波器的双向直流变换器的控制装置,其特征在于:所述移相均流控制模块还包括第一延迟模块、第二延迟模块和第三延迟模块,所述第一三角波调制模块通过第一延迟模块分别与晶体管S1和晶体管S2连接,所述第二三角波调制模块通过第二延迟模块分别与晶体管S3和晶体管S4连接,所述第三三角波调制模块通过第三延迟模块分别与晶体管S5和晶体管S6连接。5.一种如权利要求4所述的基于LCL滤波器的双向直...

【专利技术属性】
技术研发人员:祁秋玲竺庆茸黄文杰
申请(专利权)人:南京工程学院
类型:发明
国别省市:江苏,32

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