并网变流系统的控制方法和控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种并网变流系统的控制方法和控制装置。并网变流系统包括有源阻尼LCL滤波器、比例谐振控制器和三相电压源型换流器，该方法包括：基于所述三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的开关周期平均模型；基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数；基于所述电流环传递函数，调制所述三相电压源型换流器。

【技术实现步骤摘要】
并网变流系统的控制方法和控制装置
本专利技术涉及电力系统自动化
，特别是涉及一种并网变流系统的控制方法和控制装置。
技术介绍
伴随着电力电子变流技术的发展，电压源型换流器(比如，基于全控型功率开关器件的三相脉宽调制(PWM)换流器)因具有输入电流为正弦波、功率因数可调、低谐波畸变率(THD)和实现功率可双向流动等优点，已被广泛应用于直流输电、并网发电、超导储能与电动汽车等领域和行业。近年来国内外专家学者对换流器控制策略进行了大量研究，尽管控制目标均为实现电流正弦化的低THD以及快速动态响应地单位功率因数高效运行，但各算法过程迥异。为减少换流器开关频率附近的高次谐波，通常在换流器和电网之间加入三阶LCL滤波器。而且，为抑制三阶LCL滤波器的并联谐振，传统的无源阻尼策略在大功率应用场合(如光伏和风电并网中)获得了广泛应用。在传统的无源阻尼策略中，在滤波电容上串联电阻以增加系统阻尼，从而提高系统稳定性。然而，无源阻尼策略的不足之处在于：串联电阻引起的阻尼损耗及阻尼电阻对谐波电流的衰减能力均导致较高的功率损耗。
技术实现思路
本专利技术实施方式提出一种并网变流系统的控制方法和控制装置，从而降低功率损耗。根据本专利技术的一个实施方式，一种并网变流系统的控制方法，所述并网变流系统包括有源阻尼LCL滤波器、比例谐振控制器和三相电压源型换流器，该方法包括：基于所述三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的开关周期平均模型；基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数；基于所述电流环传递函数，调制所述三相电压源型换流器。在一个实施方式中，该方法进一步包括：设置延时因子：所述基于三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定并网变流系统的开关周期平均模型包括：基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数、所述延时因子和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数。在一个实施方式中，所述开关周期平均模型为：其中：uαβ＝[uαuβ]T；uα，uβ分别为静止坐标系下网侧电压的α、β轴分量；为uαβ的传递函数；iαβ＝[iαiβ]T；iα，iβ为静止坐标系下电流矢量的α、β轴分量；为iαβ的传递函数；σα，σβ为静止坐标系下开关周期内占空比平均值的α、β轴分量；为的传递函数；zLr为有源阻尼LCL滤波器的桥侧电抗器Lr的阻抗；zLg为有源阻尼LCL滤波器的网侧电抗器Lg的阻抗；zC为有源阻尼LCL滤波器的支路电容Cf的阻抗；vdc为直流母线电压；T代表矩阵转置。在一个实施方式中，所述电流环传递函数为G(s)，其中：ig为网侧电流；为网侧电流参考值；GPR(s)为比例谐振控制器传递函数；GD(s)·GVSC(s)为所述延时因子；GD(s)为采样保持器传递函数；GVSC(s)为三相电压源型换流器脉宽调制环节时间延时传递函数；GLCL(s)为有源阻尼LCL滤波器的传递函数。在一个实施方式中，所述比例谐振控制器的控制参数包括下列中的至少一个：截止频率ωc；比例增益系数KP；谐振增益系数KR。在一个实施方式中，该方法进一步包括：为所述比例增益系数KP设置调节门限值；所述基于电流环传递函数，调制三相电压源型换流器包括：调节所述比例增益系数KP，其中比例增益系数KP的值不高于所述调节门限值；或所述基于电流环传递函数，调制所述三相电压源型换流器包括：增大所述截止频率ωc以抑制频率波动对三相电压源型换流器产生的扰动；和/或，增大KR值以降低稳态误差。在一个实施方式中，其中，∑Ti为等效延时因子，KD为等效增益系数，Ts为采样周期，Td为采样保持延时时间，Kd为采样保持延时系数，TPWM为脉宽调制延时时间，KPWM为脉宽调制延时系数；e为自然底数；s为复频域因子。在一个实施方式中，所述有源阻尼LCL滤波器的阻尼比为ζ；而且所述ζ的选取范围满足；其中：H1为电容电流反馈有源阻尼因子；Lg为有源阻尼LCL滤波器的网侧电抗；Lr为有源阻尼LCL滤波器的桥侧电抗；Cf为有源阻尼LCL滤波器的支路电容；电流闭环截止频率和LCL滤波器谐振频率之比为Γ。在一个实施方式中，其中s为复频域因子；ωc为比例谐振控制器带宽；ω0为谐振频率，Kp为比例增益系数；KR为谐振增益系数；GPR(s)为比例谐振控制器的传递函数。根据本专利技术的一个实施方式，一种并网变流系统的控制装置，所述并网变流系统包括有源阻尼LCL滤波器、比例谐振控制器和三相电压源型换流器，该装置包括：开关周期平均模型确定模块，用于基于所述三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的开关周期平均模型；电流环传递函数确定模块，用于基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数；调制模块，用于基于所述电流环传递函数，调制所述三相电压源型换流器。从上述技术方案可以看出，相比较现有技术的无源阻尼策略，本专利技术提出的三相电压源型换流器有源阻尼控制方案，可以避免串联电阻引起的阻尼损耗及阻尼电阻对谐波电流的衰减能力，因此本专利技术可以显著降低功率损耗，并提高系统效率和稳定性。而且，本专利技术所提出的LCL滤波器中，与支路电容连接的第二电流互感器容量可以显著小于与网侧电抗连接的第一电流互感器的容量，因此还降低了LCL滤波器的成本。本专利技术的LCL滤波器的结构紧凑，为冷却系统设计提供了便利。另外，本专利技术提出了具有强鲁棒性的并网变流系统开关周期平均模型及其控制参数设计方法，避免了稳定裕度不足引起的并网变流系统性能恶化甚至不稳定。附图说明图1为根据本专利技术实施方式有源阻尼LCL滤波器的示范性结构图；图2为根据本专利技术实施方式三相电压源型换流器的有源阻尼控制装置的示范性结构图；图3为根据本专利技术实施方式并网变流系统的控制方法流程图；图4为根据本专利技术实施方式基于电流环PR控制器的有源阻尼控制拓扑结构示意图；图5示例性地示出本专利技术实施方式的电流内环开关平均周期模型控制框图；图6示例性地示出本专利技术实施方式的ωc变化时的PR控制器伯德图；图7示例性地示出本专利技术实施方式的KP变化时的PR控制器伯德图；图8示范性地示出本专利技术实施方式的KR变化时的PR控制器伯德图；图9示例性地示出了本专利技术实施方式的延时因子对电流环幅频特性影响的伯德图；图10示例性地示出了本专利技术实施方式的阻尼系数变化时频率相应特性曲线示意图；图11示例性地示出了本专利技术实施方式的基于阻尼系数与比率的系统稳定区示意图；图12示范性地示出了本专利技术实施方式的支路电容参数Cf变化的伯德图；图13示范性地示出了本专利技术实施方式的桥侧电抗Lr变化的伯德图；图14示范性地示出了本专利技术实施方式的网侧电抗Lg变化的伯德图；图15示例性地示出本专利技术实施方式的Kw、L、∑Ti作为参变量时系统闭环极点轨迹示意图；图16示例性地示出本专利技术实施方式的KP、KR作为参变量时系统闭环极点轨迹示意图；图17示例性地示出本专利技术实施方式的控制系统电流环闭环伯德图；图18示例性地示出本专利技术实施方式的换流器交流侧相电流给定与输出跟踪波形的仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并网变流系统的控制方法，其特征在于，所述并网变流系统包括有源阻尼LCL滤波器、比例谐振控制器和三相电压源型换流器，该方法包括：基于所述三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的开关周期平均模型；基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数；基于所述电流环传递函数，调制所述三相电压源型换流器。

【技术特征摘要】
1.一种并网变流系统的控制方法，其特征在于，所述并网变流系统包括有源阻尼LCL滤波器、比例谐振控制器和三相电压源型换流器，该方法包括：基于所述三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的开关周期平均模型；基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数；基于所述电流环传递函数，调制所述三相电压源型换流器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：设置延时因子：所述基于三相电压源型换流器的传递函数和有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定并网变流系统的开关周期平均模型包括：基于所述开关周期平均模型、所述比例谐振控制器的控制参数、所述延时因子和所述有源阻尼LCL滤波器的传递函数，确定所述并网变流系统的电流环传递函数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关周期平均模型为：其中：uαβ＝[uαuβ]T；uα，uβ分别为静止坐标系下网侧电压的α、β轴分量；为uαβ的传递函数；iαβ＝[iαiβ]T；iα，iβ为静止坐标系下电流矢量的α、β轴分量；为iαβ的传递函数；σα，σβ为静止坐标系下开关周期内占空比平均值的α、β轴分量；为的传递函数；zLr为有源阻尼LCL滤波器的桥侧电抗器Lr的阻抗；zLg为有源阻尼LCL滤波器的网侧电抗器Lg的阻抗；zC为有源阻尼LCL滤波器的支路电容Cf的阻抗；vdc为直流母线电压；T代表矩阵转置。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电流环传递函数为G(s)，其中：ig为网侧电流；为网侧电流参考值；GPR(s)为比例谐振控制器传递函数；GD(s)·GVSC(s)为所述延时因子；GD(s)为采样保持器传递函数；GVSC(s)为三相电压源型换流器脉宽调制环节时间延时传递函数；GLCL(s)为有源阻尼LCL滤波器的传递函数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例谐振控制器的控制参数包括下列...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，高成海，李江，
申请(专利权)人：西门子电气传动有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12