一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术研究领域，具体涉及一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法，在系统上电初始阶段，进行与系统控制相关的软件和硬件初始化工作，设置电流控制器GAC、GBC和电压控制器GA1、GA2、GA3、GB1、GB2、GB3的输出为0，并且根据系统稳定运行条件，设定配电分区A和B的直流母线稳定运行电压分别为uAN和uBN，配电分区C的直流母线稳定运行电压上限和下限阈值分别为uHC和uLC；由电压传感器VSA、VSB和VSC分别得到三个配电分区的直流母线电压值uA、uB和uC。本发明专利技术可实现不容配电分区之间功率的自由柔性传输，并且通过控制策略保证了每个配电分区的电压在动态调控中始终处于允许的稳定运行范围内，可显著提升配电系统的性能。

A Method of Power Transfer between Distribution Zones Using Three-Port Converter as Regulating Node

The invention belongs to the research field of power electronics technology, and specifically relates to a method of realizing power transmission between distribution zones by using three-port converter as control node. In the initial stage of system power-on, software and hardware initialization related to system control are carried out, and the output of current controller GAC, GBC and voltage controller GA1, GA2, GA3, GB1, GB2 and GB3 is set to 0, and according to the principle of zero output of current controller GAC, GBC and voltage controller GA1, GA2, GA3, GB1 Under stable operation conditions, the DC bus voltage of distribution area A and B is set as uAN and uBN respectively, and the upper and lower thresholds of DC bus voltage of distribution area C are uHC and uLC respectively. The DC bus voltage values uA, uB and uC of three distribution areas are obtained by voltage sensors VSA, VSB and VSC respectively. The invention can realize the free and flexible transmission of power between non-distributable zones, and ensures that the voltage of each distribution zone is always within the allowable stable operation range in the dynamic regulation through the control strategy, thereby significantly improving the performance of the distribution system.

【技术实现步骤摘要】
一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法
本专利技术属于电力电子技术研究领域，具体涉及一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法。
技术介绍
传统的直流配电系统通过手动或者自动开关的投切，将辅助电源或者正常配电分区的剩余电能引入故障或功率不足的配电分区，以保持其持续供电的能力。而开关切换方式存在以下一些不足：投切过程可能存在强烈的电磁暂态过程；投切过程存在时间延迟；不能实现对电能的连续可控调节，缺乏柔性；开关切换只能够存在于相同电压等级的配电母线之间。因此，从提高配电系统容错性能、持续供电能力以及可靠性的角度设计出一种新型的配电系统电能调控机制和策略，实现各配电分区间电能的柔性、快速和自动的传输。本专利提出将三端口变换器作为配电系统的功率调控节点的应用方案，可实现不容配电分区之间功率的自由柔性传输，并且通过控制策略保证了每个配电分区的电压在动态调控中始终处于允许的稳定运行范围内，可显著提升配电系统的性能。综上所述，现有技术中存在投切过程可能存在强烈的电磁暂态过程、投切过程存在时间延迟、不能实现对电能的连续可控调节，缺乏柔性、开关切换只能够存在于相同电压等级的配电母线之间等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法，主要贡献和特点在于：一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法，包括以下步骤：(1)在系统上电初始阶段，进行与系统控制相关的软件和硬件初始化工作，设置电流控制器GAC、GBC和电压控制器GA1、GA2、GA3、GB1、GB2、GB3的输出为0，并且根据系统稳定运行条件，设定配电分区A和B的直流母线稳定运行电压分别为uAN和uBN，配电分区C的直流母线稳定运行电压上限和下限阈值分别为uHC和uLC；(2)由电压传感器VSA、VSB和VSC分别得到三个配电分区的直流母线电压值uA、uB和uC，将初始化中设定的电压阈值与传感器采集电压值进行比较，得到偏差信号eVA1、eVA2、eVA3和eVB1、eVB3、eVB3，将各个偏差信号输入对应的电压控制器GA1、GA2、GA3和GB1、GB1、GB3中，将每个电压控制器输出的信号经过限幅后得到iA1、iA2、iA3，iB1、iB1、iB3；(3)将信号iA2和iA3经过取小环节min1(x,y)得到信号iAmin；将信号iB2和iB3经过取小环节min2(x,y)得到信号iBmin；(4)将信号iA1和信号iAmin送入取大环节max1(x,y)，经过判断得到电流给定信号iAR；将信号iB1和信号iBmin送入取大环节max2(x,y)，经过判断得到电流给定信号iBR；(5)将电流给定信号iAR和iBR分别与通过电流传感器CSA和CSB测量得到两个配电分区的电流iA和iB作差，得到偏差量eCA和eCB；将偏差量eCA和eCB分别输入电流控制器GAC和GBC进行运算，得到全桥变换器A相对于全桥变换器C的移相角和全桥变换器B相对于全桥变换器C的移相角(6)以全桥变换器C作为移相角参考位置，将移相角控制信号作为全桥变换器载波A和B的移相控制信号，并以幅值为二分之一载波周期的信号作为调制信号用于PWM调制，得到，用于两全桥变换器A和B开关管驱动的脉冲信号；(7)在没有得到停机指令的情况下重复执行(2)～(6)步骤，否则退出运行状态。所述全桥变换器A中所有开关管的占空比均为0.5，且同桥臂上下两个开关管处于互补导通模式，桥臂A1和A2之间的移相角固定为180°，全桥变换器B和C与全桥变换器A具有相同的工作模式。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可实现不容配电分区之间功率的自由柔性传输，并且通过控制策略保证了每个配电分区的电压在动态调控中始终处于允许的稳定运行范围内，可显著提升配电系统的性能。附图说明图1是本专利技术执行流程图；图2是以三端口变换器为调控节点的三隔离配电分区拓扑结构示意图；图3是述以三端口变换器为调控节点的三隔离配电分区控制策略示意图；图4是三个配电分区的直流母线电压uA、uB和uC波形图；图5是配电分区A、B和C通过三端口变换器输出功率波形图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述：本专利技术提供的是一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法。三端口变换器的每个端口均连接一个独立的配电分区，通过对三端口变换器的控制，实现三个配电分区之间功率传输方向及大小的调节，将三个配电分区的电压维持在每个配电分区稳定运行的范围内。在任意一个配电分区重载或者故障时，有功率冗余的配电分区在保证自身运行条件的情况下将向其传输功率，以维持三个配电分区均正常运行。本专利所提出的控制方法使得三个配电分区之间功率自动协调传输，提高了整个三端口配电系统的容错性能和可靠性。一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法：(1)将三端口变换器的每个端口连接一个配电分区，每个配电分区中有独立的电源及负载。当每个配电分区都能稳定运行时，三个配电分区之间不会通过三端口变换器传输电能；当某个配电分区功率不足或者故障时，其他的配电分区在满足自己稳定运行的条件下，将多余的功率传输给功率不足或者故障的配电分区。(2)本专利中采用硬件解耦的三端口变换器作为电能调控节点，在拓扑结构上可将此三端口变换器视为由两个双有源桥变换器构成的，从而可以简化对整个控制系统的设计。对配电分区A和配电分区C所连接的双有源桥变换器进行控制，使得两个配电分区之间的功率可以根据需要自由流动。采用电压环作为外环，电流环作为内环的双环控制结构。电压外环设置了三个控制环路，电压控制环路A1控制配电分区C直流母线电压uC处于最低电压阈值uCL，电压控制环路A2控制配电分区A直流母线电压uA处于最低电压阈值uCL，电压控制环路A3控制配电分区C直流母线电压uC处于最高电压阈值uCH。对三个电压外环控制器输出的信号均加以限幅，经过控制器运算得到三个电流内环的给定信号iA1、iA2和iA3。将信号iA1、iA2和iA3进行取大或者取小的逻辑选择，将选择的结果作为电流内环的给定信号。电流内环控制器将配电分区A向全桥变换器A输入的电流iA作为控制对象，经过运算得到全桥变换器A相对于全桥变换器C的移相角配电分区B和配电分区C所连接的双有源桥变换器与配电分区A和配电分区C所连接的双有源桥变换器具有相同的控制结构和控制方法。一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法，该技术可以应用于新能源电动汽车、船舶直流配电系统、新能源分布式发电系统等。传统的直流配电系统通过手动或者自动开关的投切，将辅助电源或者正常配电分区的剩余电能引入故障或功率不足的配电分区，以保持其持续供电的能力。而开关切换方式存在以下一些不足：(1)投切过程可能存在强烈的电磁暂态过程；(2)投切过程存在时间延迟；(3)不能实现对电能的连续可控调节，缺乏柔性；(4)开关切换只能够存在于相同电压等级的配电母线之间。因此，从提高配电系统容错性能、持续供电能力以及可靠性的角度设计出一种新型的配电系统电能调控机制和策略，实现各配电分区间电能的柔性、快速和自动的传输。本专本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在系统上电初始阶段，进行与系统控制相关的软件和硬件初始化工作，设置电流控制器GAC、GBC和电压控制器GA1、GA2、GA3、GB1、GB2、GB3的输出为0，并且根据系统稳定运行条件，设定配电分区A和B的直流母线稳定运行电压分别为uAN和uBN，配电分区C的直流母线稳定运行电压上限和下限阈值分别为uHC和uLC；(2)由电压传感器VSA、VSB和VSC分别得到三个配电分区的直流母线电压值uA、uB和uC，将初始化中设定的电压阈值与传感器采集电压值进行比较，得到偏差信号eVA1、eVA2、eVA3和eVB1、eVB3、eVB3，将各个偏差信号输入对应的电压控制器GA1、GA2、GA3和GB1、GB1、GB3中，将每个电压控制器输出的信号经过限幅后得到iA1、iA2、iA3，iB1、iB1、iB3；(3)将信号iA2和iA3经过取小环节min1(x,y)得到信号iAmin；将信号iB2和iB3经过取小环节min2(x,y)得到信号iBmin；(4)将信号iA1和信号iAmin送入取大环节max1(x,y)，经过判断得到电流给定信号iAR；将信号iB1和信号iBmin送入取大环节max2(x,y)，经过判断得到电流给定信号iBR；(5)将电流给定信号iAR和iBR分别与通过电流传感器CSA和CSB测量得到两个配电分区的电流iA和iB作差，得到偏差量eCA和eCB；将偏差量eCA和eCB分别输入电流控制器GAC和GBC进行运算，得到全桥变换器A相对于全桥变换器C的移相角...

【技术特征摘要】
1.一种以三端口变换器为调控节点实现配电分区间电能传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在系统上电初始阶段，进行与系统控制相关的软件和硬件初始化工作，设置电流控制器GAC、GBC和电压控制器GA1、GA2、GA3、GB1、GB2、GB3的输出为0，并且根据系统稳定运行条件，设定配电分区A和B的直流母线稳定运行电压分别为uAN和uBN，配电分区C的直流母线稳定运行电压上限和下限阈值分别为uHC和uLC；(2)由电压传感器VSA、VSB和VSC分别得到三个配电分区的直流母线电压值uA、uB和uC，将初始化中设定的电压阈值与传感器采集电压值进行比较，得到偏差信号eVA1、eVA2、eVA3和eVB1、eVB3、eVB3，将各个偏差信号输入对应的电压控制器GA1、GA2、GA3和GB1、GB1、GB3中，将每个电压控制器输出的信号经过限幅后得到iA1、iA2、iA3，iB1、iB1、iB3；(3)将信号iA2和iA3经过取小环节min1(x,y)得到信号iAmin；将信号iB2和iB3经过取小环节min2(x,y)得到信号iBmin；(4)将信号iA...

【专利技术属性】
技术研发人员：游江，廖梦岩，李晓旭，程连斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23