一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，它包括：步骤1、输入侧利用瞬时直接电流控制，实现输入侧功率因数整流，直接电流控制由电流内环和电压外环的双闭环控制构成，抑制输入侧谐波；步骤2、组合逆变器SPWM逆变控制，采用多重化组合相移H桥逆变器结构控制；步骤3、组合逆变器采用输入均压输出均流控制；解决了现有技术融冰激励输入电源谐波大，输入电流品质不高；输出侧输出谐波大，且产生环流，降低了融冰电源的安全性等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法
本专利技术属于输电线路融冰技术；尤其涉及一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法。
技术介绍
在冬季冰冻雨雪天气下，线路覆冰容易引起导线舞动、跳闸停电、倒杆(塔)、导线折断等严重故障。目前常用的融冰方法有交流短路融冰法和直流融冰法等。然而，交流短路融冰和直流融冰需要对电网倒闸操作，融冰线路需要停运进行融冰，对于超高压和特高压输电线路由于停运将造成巨大的输电能力损失，并由于网架结构临时改变造成电网风险增加。因此，攻克在线融冰方法和技术至关重要具有极其重要的应用前景。高频高压激励融冰方法是实现输电线路在线融冰的重要技术；它通过在覆冰导线上施加高频高压激励融冰电流，利用高频集肤效应和冰的电介质损耗原理产生综合均匀发热效应实现融冰，并与高频电流陷波装置、线路高频阻波器构成系统，使融冰电流仅限于线路融冰段流动从而实现在线融冰；常规的控制方式存在融冰激励输入电源谐波大，输入电流品质不高；输出侧输出谐波大，且产生环流，降低了融冰电源的安全性等技术问题。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题：提供一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，以解决现有技术融冰激励输入电源谐波大，输入电流品质不高；输出侧输出谐波大，且产生环流，降低了融冰电源的安全性等技术问题。本专利技术技术方案：一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，它包括：步骤1、输入侧利用瞬时直接电流控制，实现输入侧功率因数整流，直接电流控制由电流内环和电压外环的双闭环控制构成，抑制输入侧谐波；步骤2、组合逆变器SPWM逆变控制，采用多重化组合相移H桥逆变器结构控制；步骤3、组合逆变器采用输入均压输出均流控制。步骤1所述电流内环和电压外环，电压外环采用PI调节器，使直流输出电压ud跟踪指定电压值ud*，保持输出直流侧电压稳定；电流内环采用电流控制，通过锁相环PLL检测输入网侧电压的频率和相位，并作为电流给定值is*的指定频率和相位，同时作为电流内环的输入信号，使输入网侧电流is跟踪给定电流值is*，继而实现输入侧功率因数可调；计算公式为：式中：ui为电流内环对调制电压的修正项，k为比例放大系数；Ti，Kp为PI调节器参数；us和is分别为输入网侧电压、电流；unm和ω分别为输入网侧电压峰值电压和电压角频率；id和ud分别为输出直流电流、电压。步骤2所述组合逆变器SPWM逆变控制，采用多重化组合相移H桥逆变器结构控制的控制方法为：在n重化逆变组合装置中，由数字信号处理DSP器产生正弦调制波和载波三角波，其中每个逆变器单元使用相同的调制波，并将载波三角波的相位相互错开2π/n角度，利用PWM技术中的波形生成和多重化技术中的波形迭加生成相移式PWM波形，产生的控制波形分别控制各个逆变器单元的可控晶闸管。步骤3所述组合逆变器输入均压输出均流控制包括：输入均压环、输出电压环和电流内环控制；具体为：系统输出电压vo经Kv倍衰减后得到各个逆变器的输出电压采样值vofn，Kv为输出电压环采样系数；输出电压基准信号vref与各个逆变单元得到的输出电压采样值vofn相减后，经输出均压闭环PI调节器Gvo得到的所有信息量取平均值，得到公共基准电流iave，并作为平均电流母线的给定值；各模块的直流电压输入信号vcdn与输入均压母线参考信号vin_ref相减，经输入均压环PI调节器Gvd得到各个逆变模块的直流误差信号verrn，Kf为输入电压衰减系数；直流误差信号verrn与公共基准电流iave经电流基准调节单元得到各个逆变器模块的电流基准值irefn；各个逆变器的电感电流iLfn经电流内环采样系数KLf衰减后与相应模块的电流基准信号irefn相减，通过三态滞环电流调节器得到相应逆变器输出的电感电流iLfn；输出电压vo乘以sCf得到电容电流值iCf，sCf为输出电压与输出滤波电容电流iCf的传递函数关系；将输出滤波电容电流iCf和电感电流iLf相减得到各自逆变单元相应的输出电流，将相应输出电流值相加得到输出电流总和，经转换阻抗得到系统输出电压vo；直流误差信号verrj与平均电流给定信号iave通过乘法器得到与平均电流信号iave同相位的正弦误差信号iregj后，与平均电流给定信号iave相减得到各逆变模块相对应的电流基准信号irefj；转换成数学表达式为：irefj＝iave-iregj＝iave-verrjiave。本专利技术的有益效果：本专利技术将单元级联型大功率高频融冰电源的输入侧利用瞬时直接电流控制，实现入侧单位功率因数整流，其中，直接电流控制由电流内环和电压外环的双闭环控制构成，有效抑制输入侧谐波，改善了融冰激励源输入电流的品质；逆变单元采用SPWM多重化、输入均压、输出均流控制，各模块间采用母线通信方式使其具有各自独立的控制回路，在单台变流器的开关频率不是很高的情况下，H桥逆变器并联，使整个变流器等效开关频率成倍增大、及融冰激励源输出高频的同时，提高了装置的容量，有效地减小变流器输出谐波，单元输出均流消除并联结构带来的环流问题，提高了高频融冰电源的安全性；解决了现有技术融冰激励输入电源谐波大，输入电流品质不高；输出侧输出谐波大，且产生环流，降低了融冰电源的安全性等技术问题。附图说明：图1为整流侧瞬时直接电流控制原理图；图2为组合相移H桥逆变器控制原理图；图3为逆变器的架构及输入均压输出均流控制原理图；图4为电流基准调节单元实现电路控制原理图；图5为单元级联型高频融冰电源结构原理图；图6为输入侧电压、电流波形示意图；图7为高频融冰电源输出电压波形；图8为高频融冰电源输出电压的FFT分析示意图；图9为两逆变模块输入电压、输出电流比较波形示意图。具体实施方式：本专利技术了控制方法实现功率单元并联输出高频大电流，为电网冬季覆冰线路提供了一种新型的融冰方式。本专利技术所述的高频融冰电源的整流和逆变采用全控器件，功率单元的控制包括整流桥和逆变H桥控制两部分。(1)输入侧利用瞬时直接电流控制，实现入侧单位功率因数整流，其中，直接电流控制由电流内环和电压外环的双闭环控制构成，有效抑制输入侧谐波，改善了融冰激励源输入电流的品质；(2)逆变单元采用SPWM多重化、输入均压、输出均流控制，各模块间采用母线通信方式使其具有各自独立的控制回路，在单台变流器的开关频率不是很高的情况下，H桥逆变器并联，使整个变流器等效开关频率成倍增大、及融冰激励源输出高频的同时，提高了装置的容量，有效地减小变流器输出谐波，单元输出均流消除并联结构带来的环流问题，提高了高频融冰电源的安全性。下面结合附图对本专利技术技术方案进一步细化说明：第一步：整流侧输入控制整流侧利用瞬时直接电流控制，实现输入功率因数可调，并有效减少输入侧谐波含量。其控制流程图如图1所示。控制环路由电流内环和电压外环组成。电压外环采用PI调节器，使直流输出电压ud跟踪指定电压值ud*，保持输出直流侧电压稳定。电流内环采用电流控制，通过锁相环(PLL)检测输入网侧电压的频率和相位，并作为电流给定值is*的指定频率和相位，同时作为电流内环的输入信号，使输入网侧电流is跟踪给定电流值is*，继而实现输入侧功率因数可调。由图1得：式中：ui为电流内环对调制电压的修正项，k为比例放大系数；Ti，Kp为PI调节器参数；us和is分别为输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，它包括：步骤1、输入侧利用瞬时直接电流控制，实现输入侧功率因数整流，直接电流控制由电流内环和电压外环的双闭环控制构成，抑制输入侧谐波；步骤2、组合逆变器SPWM逆变控制，采用多重化组合相移H桥逆变器结构控制；步骤3、组合逆变器采用输入均压输出均流控制。

【技术特征摘要】
1.一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，它包括：步骤1、输入侧利用瞬时直接电流控制，实现输入侧功率因数整流，直接电流控制由电流内环和电压外环的双闭环控制构成，抑制输入侧谐波；步骤2、组合逆变器SPWM逆变控制，采用多重化组合相移H桥逆变器结构控制；步骤3、组合逆变器采用输入均压输出均流控制。2.根据权利要求1所述的一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，其特征在于：步骤1所述电流内环和电压外环，电压外环采用PI调节器，使直流输出电压ud跟踪指定电压值ud*，保持输出直流侧电压稳定；电流内环采用电流控制，通过锁相环PLL检测输入网侧电压的频率和相位，并作为电流给定值is*的指定频率和相位，同时作为电流内环的输入信号，使输入网侧电流is跟踪给定电流值is*，继而实现输入侧功率因数可调；计算公式为：式中：ui为电流内环对调制电压的修正项，k为比例放大系数；Ti，Kp为PI调节器参数；us和is分别为输入网侧电压、电流；unm和ω分别为输入网侧电压峰值电压和电压角频率；id和ud分别为输出直流电流、电压。3.根据权利要求1所述的一种单元级联型大功率高频融冰电源控制方法，其特征在于：步骤2所述组合逆变器SPWM逆变控制，采用多重化组合相移H桥逆变器结构控制的控制方法为：在n重化逆变组合装置中，由数字信号处理DSP器产生正弦调制波和载波三角波，其中每个逆变器单元使用相同的调制波，并将载波三角波的相位相互错开2π/n角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓红，代洲，毛先胤，曾华荣，许逵，张迅，刘宇，田承越，牛唯，周羽生，王贤军，边瑞恩，甘凌霄，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52