一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法，包括串联电感、模块功率下垂控制及电压并联控制。串联电感接于各变流模块输出端，抑制变流系统并联时的环流；模块功率下垂控制则实现变流器模块间无通信线的功率分配；电压并联控制则控制变流系统的输出电压，降低输出电压谐波，提高供电质量。本发明专利技术能保证多个变流器并联时的稳定运行，并联产生的环流小，变流系统输出电压谐波含量少，供电质量高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子领域及自动控制领域，特别是一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法。
技术介绍
现阶段大功率变流器控制方法主要为PI控制，该控制方法简单、针对线性负载，其控制效果较好，但PI控制无法抑制低次谐波。当负载为非线性负载或者混合负载时(线性负载和非线性负载混合)，PI控制无法实现无静差跟踪，控制效果差，变流器输出电压质量差。重复控制针对混合负载可以极大降低电压波形中低次谐波，提高输出电压的波形质量，但重复控制包含延时控制环节，其响应速度慢。谐振控制器在谐振频率处具有很大的增益能够实现交流信号的无静差跟踪，且动态性能好。因技术限制，单台变流器容量有限，无法满足船舶所需兆瓦级岸电功率的需求。采用多变流器并联可以显著提高岸电电源功率等级，同时也能电源可靠性，提高系统冗余度。并联技术有着巨大优势，现阶段并联控制方案主要有主重控制方案、集中控制方案、分布式控制方案和无互连线控制方案等。其中主重控制方案如果重新选择主控制器时，如果出现逻辑错误会导致并联失败；集中控制方案可能产生较大环流，主控制器能否正常工作直接影响整个系统；分布式控制方案增加了各变流器间的互连线数量；无互连线控制方案，减少了变流器间的连线，各变流器根据自身状态进行调节，实现功率均分，现阶段已经成为研究热点，无互连线控制方案中下垂控制最为经典，因功率耦合和功率器件间存在误差等问题，采用传统下垂控制同样存在环流问题。目前岸电电源中一般采用不控整流得到直流，虽能减少成本，降低系统复杂度，但不控整流无法实现能量反向传输(能量回收)，在某些应用场合(如船舶下水实验)采用不控整流会造成严重的能量浪费，并影响周围环境。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法，包括以下步骤：1)每个大功率模块由两个变流器组成，每个大功率模块接电网的变流器工作于整流模式，输出稳定的直流电压ud；另一个变流器工作于逆变模式，输出高质量的交流电压；处于逆变模式的变流器采用功率下垂控制实现模块间的功率分配；功率下垂控制包括：检测逆变模式的变流器输出电压和电流，计算其输出的有功功率P和无功功率Q： P = 3 2 ( i d u d + i q u q ) Q = 3 2 ( i d u q - i q u d ) - - - ( 1 ) ]]>式中id、iq、ud和uq为经过三相abc转成dq坐标变换后的逆变模式变流器输出电流和电压；由式(1)计算得到的瞬时有功功率和无功功率经由一阶低通滤波器得到功率下垂控制的输入有功功率P'和无功功率Q'： P ′ = ω o s + ω o P - - - ( 2 ) ]]> Q ′ = ω o s + ω o Q - - - ( 3 ) ]]>其中s为拉氏函数符号，wo为一阶低通滤波器的截止频率；有功功率P'和无功功率Q'分别与给定有功功率Pr'和给定无功功率Qr'做差，得到的有功功率和无功功率偏差分别与下垂系数dp和dq相乘，再与给定的频率信号和电压信号相加得到各大功率模块功率下垂控制的电压幅值指令Vr和角频率信号指令ωr：ω＝ωr+(Pr'-P')dp (4)V＝Vr+(Qr'-Q')dq (5)2)电压幅值指令Vr和角频率信号指令ωr按三相正弦变换合成三相电压控制环的输出电压指令；得到输出电压指令信号后，将输出电压指令信号、反馈电压信号和电流信号进行坐标变换；3)将输出电压指令信号和反馈电压信号之差，即电压误差信号作为电压并联控制的输入，电压并联控制的输出为变流器的调制波；电压并联控制由电压重复控制与电压谐振控制叠加构成，电压指令信号和反馈电压信号之差经电压重复控制得到调制波信号uo1，电压指令信号和反馈电压信号之差经电压谐振控制器得到输出电流控制指令，输出电流控制指令与反馈电流信号作差经电流控制器调节得到调制波信号uo2，调制波信号uo1和调制波信号uo2相加得到最终的调制信号指令uo；实现能量回馈，将多余能量回收至电网。电压重复控制的过程为：电压误差信号经过延时环节后通过补偿器P(z)进行相位补偿和幅值补偿，经过补偿器后的输出信号为控制信号，补偿器P(z)的方程形式为P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)每个大功率模块由两个变流器组成，每个大功率模块接电网的变流器工作于整流模式，输出稳定的直流电压ud；另一个变流器工作于逆变模式，输出高质量的交流电压；处于逆变模式的变流器采用功率下垂控制实现模块间的功率分配；功率下垂控制包括：检测逆变模式的变流器输出电压和电流，计算其输出的有功功率P和无功功率Q：P=32(idud+iquq)Q=32(iduq-iqud)---(1)]]>式中id、iq、ud和uq为经过三相abc转成dq坐标变换后的逆变模式变流器输出电流和电压；由式(1)计算得到的瞬时有功功率和无功功率经由一阶低通滤波器得到功率下垂控制的输入有功功率P'和无功功率Q'：P′=ωos+ωoP---(2)]]>Q′=ωos+ωoQ---(3)]]>其中s为拉氏函数符号，wo为一阶低通滤波器的截止频率；有功功率P'和无功功率Q'分别与给定有功功率Pr'和给定无功功率Qr'做差，得到的有功功率和无功功率偏差分别与下垂系数dp和dq相乘，再与给定的频率信号和电压信号相加得到各大功率模块功率下垂控制的电压幅值指令Vr和角频率信号指令ωr：ω＝ωr+(P'r‑P')dp  (4)V＝Vr+(Q'r‑Q')dq  (5)2)电压幅值指令Vr和角频率信号指令ωr按三相正弦变换合成三相电压控制环的输出电压指令；得到输出电压指令信号后，将输出电压指令信号、反馈电压信号和电流信号进行坐标变换；3)将输出电压指令信号和反馈电压信号之差，即电压误差信号作为电压并联控制的输入，电压并联控制的输出为变流器的调制波；电压并联控制由电压重复控制与电压谐振控制叠加构成，电压指令信号和反馈电压信号之差经电压重复控制得到调制波信号uo1，电压指令信号和反馈电压信号之差经电压谐振控制器得到输出电流控制指令，输出电流控制指令与反馈电流信号作差经电流控制器调节得到调制波信号uo2，调制波信号uo1和调制波信号uo2相加得到最终的调制信号指令uo；实现能量回馈，将多余能量回收至电网。...

【技术特征摘要】
1.一种基于串联电感的兆瓦级大功率模块并联控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)每个大功率模块由两个变流器组成，每个大功率模块接电网的变流器工作于整流模式，输出稳定的直流电压ud；另一个变流器工作于逆变模式，输出高质量的交流电压；处于逆变模式的变流器采用功率下垂控制实现模块间的功率分配；功率下垂控制包括：检测逆变模式的变流器输出电压和电流，计算其输出的有功功率P和无功功率Q： P = 3 2 ( i d u d + i q u q ) Q = 3 2 ( i d u q - i q u d ) - - - ( 1 ) ]]>式中id、iq、ud和uq为经过三相abc转成dq坐标变换后的逆变模式变流器输出电流和电压；由式(1)计算得到的瞬时有功功率和无功功率经由一阶低通滤波器得到功率下垂控制的输入有功功率P'和无功功率Q'： P ′ = ω o s + ω o P - - - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑜兴，罗安，陈燕东，何志兴，徐千鸣，李民英，
申请(专利权)人：湖南大学，广东志成冠军集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43