三相-单相功率变流器的基于模型的电流控制制造技术

本公开涉及一种用于内部控制回路(21)的估计器(20)的方法，该内部控制回路(21)控制经由变压器(2)连接到AC功率电网(3)的三相‑单相变流器(1)。该方法包括：获得由变流器的内部控制回路产生的电压参考uRef的值；获得由变流器产生、并且在变流器与变压器之间测量的次级侧电流的值；获得由变流器产生、并且在电网与变压器之间测量的初级侧电流的值；以及获得在电网与变压器之间测量的初级侧电压的值。该方法还包括：基于所获得的电压参考的值、次级侧电流的值、初级侧电流的值和初级侧电压的值，来估计从电压参考产生的初级侧电流或次级侧电流iMeas的控制电流iCtrl分量，并将所估计的控制电流iCtrl*馈送到内部控制回路。

Model based current control of three-phase to single-phase power converters

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三相-单相功率变流器的基于模型的电流控制
本公开涉及借助于内部控制回路来控制三相-单相功率变流器的方法和设备。
技术介绍
对于具有如16.7Hz、25Hz或50Hz频率的铁路交流(AC)系统，静止变频器(SFC)被用作电源解决方案。有功功率(P)不能被存储且必须通过SFC连续控制和完全传输。有功功率控制可以通过控制变流器有功电流来实现。此外，可以单独控制变流器两侧的电压(U)、无功功率(Q)和频率(f)。通常该控制是通过在三相(公共电网)侧和单相(铁路电网)侧采用最先进的控制方法来实现。基于已知的dq坐标系的概念，一组外部控制回路设置了适当的电流参考以控制所测量的电流。随后内部控制回路的任务是决定：为了实现该电流，在基频下的变流器电压的适当的振幅和相位是多少。内部控制回路的动作能够基于从变压器的次级侧(向变流器)或从变压器的初级侧(向电网)进行的测量，该变压器位于变流器的任一侧、在变流器与三相电网或单相电网之间。随后，调制器(变流器动态)合成在基频处具有所需特性的变流器电压脉冲序列。事实上，然而，由于在变流器中的半导体开关的接通或关断时间的多样性、时间分辨率问题等，实际出现在变流器端子处的变流器电压不可能完全符合其通过参考设定的理论值。这会导致流经变压器绕组的不期望的直流(DC)，最终使变压器达到饱和，继而保护功能使系统跳闸。
技术实现思路
为了缓解这种不期望的变压器饱和的影响，需要与内部控制回路并联运行的附加控制回路。两个控制回路(即快速内部控制回路和抗饱和控制回路)可能作用于同一个信号(变流器电压脉冲)，并且它们都测量它们的输出中的彼此动作的影响。这意味着，如果控制回路的两个控制器不断地试图校正彼此的动作，那么会有整个系统可能变得不稳定的风险。此外，已经发现当从变压器的初级侧获取电流测量结果(在变流器的内部控制回路中被使用)时，振荡现象变得更加强烈，并且只有非常温和(tame)的控制能够帮助稳定系统。这是由于使用了具有高通行为的电流传感器(CT)获取来自初级侧的测量结果，这与次级侧测量相反，次级侧测量可以使用具有几乎全通特性的CT。然而，对于例如铁路联锁电力网(也称为轨道联锁电力网)应用，使用温和(tame)控制可能不是可接受的解决方案，并且因此需要另一种解决方案来克服上述问题。除了上述控制回路，可以使用附加控制回路，例如，以应对短路故障穿越要求。对于铁路联锁电力网应用，这样的需求不断增加，并且因此传统的控制回路可能无法足够快速以应对这样的需求。所有这些并联运行的控制回路/机构都可能对SFC控制性能造成风险。因此，为了在三相(例如公共配电)电网侧和单相(例如铁路)电网侧实现快速内部(闭合)回路控制，提供了借助于估计器的并联回路的解耦。因此，为了应对连续增长的铁路联锁电力网应用需求，SFC必须能够进行较快且较高性能的内部(闭合)回路控制。由于现有控制架构的复杂性，并联控制回路/机构的相互作用已经被标识为SFC性能的潜在约束。还考虑到CT测量误差可能甚至进一步降低内部闭环控制性能，本文提出了一种新的控制途径。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于内部控制回路的估计器的方法，该内部控制回路控制经由变压器连接到AC功率电网的三相-单相变流器。该方法包括：获得由变流器的内部控制回路产生的电压参考的值；获得由变流器产生、并且在变流器与变压器之间测量的次级侧电流的值；获得由变流器产生、并且在电网与变压器之间测量的初级侧电流的值；以及获得在电网与变压器之间测量的初级侧电压的值。该方法还包括：基于所获得的电压参考的值、次级侧电流的值、初级侧电流的值和初级侧电压的值来估计从电压参考产生的初级侧电流和次级侧电流的控制电流iCtrl分量，并将所估计的控制电流馈送到内部控制回路。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，该计算机可执行组件用于当计算机可执行组件在被包括估计器中的处理电路上运行时，使得估计器执行本公开的方法的实施例。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于内部控制回路的估计器，该内部控制回路控制经由变压器连接到AC功率电网的三相-单相变流器。该估计器包括：处理电路；以及数据存储，存储能够由所述处理电路执行的指令，由此所述估计器可操作用于：获得由变流器的内部控制回路产生的电压参考的值；获得由变流器产生、并且在变流器与变压器之间测量的次级侧电流的值；获得由变流器产生、并且在电网与变压器之间测量的初级侧电流的值；以及获得在电网与变压器之间测量的初级侧电压的值。估计器还可操作用于：基于所获得的电压参考的值、次级侧电流的值、初级侧电流的值和初级侧电压的值，来估计从电压参考产生的初级侧电流或次级侧电流的控制电流分量。估计器还可操作用于：将所估计的控制电流馈送到内部控制回路。根据本专利技术的另一方面，提供了一种三相-单相变流器的控制装置。该控制装置包括：本公开的估计器的实施例；与估计器相关联的内部控制回路；以及至少一个附加控制回路，被配置为基于初级侧电流或次级侧电流的测量结果来控制初级侧电流或次级侧电流。根据本专利技术的另一方面，提供了一种变流器装置，该变流器装置包括三相-单相变流器、连接在变流器与三相电网之间的第一变压器、连接在变流器与单相铁路电网之间的第二变压器、以及本公开的控制装置的实施例。注意任何方面的任何特征都可以用于任何其他方面，无论是否适当。同样地，任何方面的任何优点都可以用于任何其他方面。所附实施例的其他目的、特征和优点将通过下文的详细公开、所附从属权利要求及附图而变得明显。通常，除非本文中明确限定，权利要求中使用的所有术语都是根据该
中常用含义来解释。除非明确强调，关于“一/一个/该元件、装置、组件、设备、步骤等”的所有参考被公开解释为指代该元件、装置、组件、设备、步骤等的至少一个实例。除非明确强调，本文公开的任何方法的步骤不需要完全以公开的顺序执行。对于本公开的不同特征/组件，“第一”、“第二”等的使用仅旨在将特征/组件与其他类似的特征/组件区分开，而不是为特征/组件赋予任何顺序或层级。附图说明将通过示例、参考附图来描述实施例，其中：图1是根据本专利技术的变流器装置的实施例的示意性电路图，该变流器装置包括经由相应的变压器连接在三相电网与单相电网之间的三相-单相变流器。图2是根据本专利技术的三相-单相变流器的控制装置的实施例的示意性功能框图。图3是根据本专利技术的实施例的变流器装置的一侧的更详细的示意性电路图，该变流器装置包括经由相应的变压器连接在三相电网与单相电网之间的三相-单相变流器。图4是本专利技术的方法的实施例的示意性流程图。具体实施方式下面本文将参考附图更全面地描述实施例，附图中示出了某些实施例。然而，以许多不同形式的其他实施例在本公开的范围内也是可能的。相反，通过示例提供以下实施例，使得本公开详尽且完整，并将本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。在整个描述中相同的数字指代相同的元件。图1示出了变流器装置，该变流器装置包括三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内部控制回路(21)的估计器(20)的方法，所述内部控制回路(21)控制经由变压器(2)连接到AC功率电网(3)的三相-单相变流器(1)，所述方法包括：/n获得(M1)由所述变流器的所述内部控制回路产生的电压参考(uRef)的值；/n获得(M2)由所述变流器产生、并且在所述变流器(1)与所述变压器(2)之间测量的次级侧电流(ig)的值；/n获得(M3)由所述变流器产生、并且在所述电网(3)与所述变压器(2)之间测量的初级侧电流(iG)的值；/n获得(M4)在所述电网(3)与所述变压器(2)之间测量的初级侧电压(uG)的值；/n基于所获得的所述电压参考(uRef)的值、所述次级侧电流(ig)的值、所述初级侧电流(iG)的值和所述初级侧电压(uG)的值，来估计(M6)从所述电压参考(uRef)产生的所述初级侧电流(iG)或所述次级侧电流(ig)的控制电流(iCtrl)分量；以及/n将所估计的控制电流(iCtrl*)馈送(M7)到所述内部控制回路(21)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于内部控制回路(21)的估计器(20)的方法，所述内部控制回路(21)控制经由变压器(2)连接到AC功率电网(3)的三相-单相变流器(1)，所述方法包括：
获得(M1)由所述变流器的所述内部控制回路产生的电压参考(uRef)的值；
获得(M2)由所述变流器产生、并且在所述变流器(1)与所述变压器(2)之间测量的次级侧电流(ig)的值；
获得(M3)由所述变流器产生、并且在所述电网(3)与所述变压器(2)之间测量的初级侧电流(iG)的值；
获得(M4)在所述电网(3)与所述变压器(2)之间测量的初级侧电压(uG)的值；
基于所获得的所述电压参考(uRef)的值、所述次级侧电流(ig)的值、所述初级侧电流(iG)的值和所述初级侧电压(uG)的值，来估计(M6)从所述电压参考(uRef)产生的所述初级侧电流(iG)或所述次级侧电流(ig)的控制电流(iCtrl)分量；以及
将所估计的控制电流(iCtrl*)馈送(M7)到所述内部控制回路(21)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述AC功率电网(3)是单相铁路电网(3b)。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述AC功率电网(3)是三相电网(3a)。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述变流器(1)被包括在铁路联锁电力网中。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述变流器(1)是模块化多电平变流器MMC。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：
获得(M5)在所述变压器与所述电网(2)之间、连接到所述变压器(2)的初级侧(2p)的滤波器(31)中的滤波器电流(iFil)的值；
其中所述控制电流(iCtrl)还基于所述获得(M5)的滤波器电流(iFil)而被估计(M6)。


7.一种计算机程序产品，包括计算机可执行组件，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·班凯努，柯新花，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH