用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法，所述电力电子变流器接入电网系统内，所述混合型相位同步控制器的输入端与电网系统连接、输出端与电力电子变流器连接；所述混合型相位同步控制器包括混合同步外环控制器、电压控制器、限流型电流控制器和脉冲调制器，其中，电压控制器的输入端与混合同步外环控制器的输出端连接，限流型电流控制器的输入端与电压控制器的输出端连接，脉冲调制器的输入端与限流型电流控制器的输出端连接，脉冲调制器的输出端与电力电子变流器连接。本发明专利技术的方法既能够为交流系统提供频率支撑和惯性，又可以在电网发生严重故障时持续保持与电网同步且不会使电力电子变流器遭受过电流的损害。

【技术实现步骤摘要】
用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法
本专利技术涉及电力电子系统控制领域，特别涉及一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法。
技术介绍
电力电子变流器最广泛的应用是：将可再生能源发出的电能以及蓄电池中的电能转变为交流形式向电网输送。在现代电网中，电力电子变流器作为可再生能源发电单元与电网的接口，越来越多地接入电网。早期电网中分布式发电单元的渗透率低，对电力系统的影响较弱，因此早期的电力电子变流器的控制方案中不涉及电力系统的功率调节，这种控制方式实际上是将分布式电源当作一个不可控的发电单元。随着分布式电源越来越多地接入电网，在电网中的渗透率逐渐增大，上述控制方式会对电力系统的稳定性、安全性造成较大影响。因此，分布式电源不能只是向电网提供电能，还应具备一定的电网电压幅值和频率支撑能力，以维持电网的稳定运行。虚拟同步发电机控制(VirtualSynchronousGeneratorControl，简称VSG控制)是一种可以使电力电子变流器具有同步发电机的外特性的控制方法，其基本思想是借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程来控制电力电子器件的开断使得并网逆变器模拟同步发电机的特性，即惯性、一次调频特性和一次调压特性。这种控制方法可以为电网提供必要的电压和频率支撑，并为弱电网提供必要的阻尼作用，在电力系统中具有广泛的应用前景。虽然VSG控制有众多优点，但它也有一定的缺陷。由于VSG模拟了同步发电机特性，因此必须考虑大扰动下的暂态稳定问题。此外电力电子器件具有严格的过电流限制，必须考虑电流限幅策略以避免对电力电子器件造成损害。因此寻找一种合适的含电流限幅环节的VSG控制方法已成为人们关注的热点。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器及控制方法。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器，所述电力电子变流器接入电网系统内，所述混合型相位同步控制器的输入端与电网系统连接、输出端与电力电子变流器连接；所述混合型相位同步控制器包括混合同步外环控制器、电压控制器、限流型电流控制器和脉冲调制器，其中，电压控制器的输入端与混合同步外环控制器的输出端连接，限流型电流控制器的输入端与电压控制器的输出端连接，脉冲调制器的输入端与限流型电流控制器的输出端连接，脉冲调制器的输出端与电力电子变流器连接；所述混合同步外环控制器用于检测电力电子变流器输出的有功功率、无功功率和电压，从而得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量；所述电压控制器用于根据混合同步外环控制器输出的控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量，从而得到输出电流d轴和q轴的参考值；所述限流型电流控制器用于根据输出电流的d轴和q轴的参考值、实测的电力电子变流器输出电流d轴和q轴值以及电力电子变流器注入电网电流的最大容许幅值，从而产生脉冲调制器所需的参考电压的d轴和q轴参考值；所述脉冲调制器用于根据所需的参考电压的d轴和q轴参考值，从而产生触发脉冲控制电力电子变流器的开关管。进一步地，所述混合同步外环控制器包括功率同步环和无功环，所述功率同步环用于得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角，所述无功环用于得到输出电压的d轴分量。进一步地，所述功率同步环包括有功功率同步环和交流电压同步环，所述有功功率同步环包括加法器一、有功功率调节器、加法器二和积分器，所述交流电压同步环包括Park变换器和电压调节器；所述有功功率调节器的输入端与加法器一的输出端连接、输出端连接至加法器二的输入端，加法器二的输出端与积分器的输入端连接，积分器的输出端与Park变换器的输入端连接，Park变换器的输出端连接至电压调节器的输入端，电压调节器的输出端连接至加法器二的输入端；所述加法器一用于根据输入的有功功率参考值P*和实测有功功率值P从而得到有功功率偏差值，所述有功功率调节器用于处理加法器一产生的有功功率偏差值从而得到有功锁相的角频率偏差值Δω1，所述Park变换器用于根据输入的实测电压值us和有功功率同步环输出的参考相角值从而得到q轴电压值，所述电压调节器用于根据Park变换器输出的q轴电压值从而得到电压锁相的角频率偏差值Δω2，所述加法器二用于对有功锁相的角频率偏差值Δω1、电压锁相的角频率偏差值Δω2以及角频率参考值ω0进行做和，再通过积分器累加处理后得到参考相角值θ。进一步地，所述无功环包括加法器三、无功功率调节器和加法器四，所述加法器三的输出端与无功功率调节器的输入端连接，无功功率调节器的输出端与加法器四的输入端连接；所述加法器三用于根据无功功率参考值Q*和输入实测无功功率值Q从而得到无功功率偏差值，所述无功功率调节器用于处理无功功率偏差值从而得到电压偏差值，所述加法器四用于对电压偏差值与输出电压有效值的参考值做和，从而输出电压控制器的d轴电压参考值Edref。进一步地，所述有功功率调节器、电压调节器和无功功率调节器均包括比例-积分-微分调节器、惯性调节器和负反馈调节器；其中，所述比例-积分-微分调节器为比例调节器、比例积分调节器或比例积分微分调节器中的一种且均具备限幅功能；所述惯性调节器用于模拟同步发电机摇摆方程中的惯性系数，所述惯性调节器为比例调节器；所述负反馈调节器用于模拟同步发电机的调速，所述负反馈调节器为比例调节器。进一步地，所述限流型电流控制器包括逻辑判断器、选择器和电流调节器，所述逻辑判断器的输出端与选择器的输入端连接，选择器的输出端与电流调节器的输入端连接；所述逻辑判断器用于根据电压控制环得到的输出电流d轴和q轴的参考值和有功功率参考值P*以及预设的电力电子变流器注入电网电流的最大容许幅值做出判断，并通过选择器实现是否进行电流限幅控制从而得出实际的输出电流d轴和q轴参考值idref和iqref，所述电流调节器用于根据实际的输出电流d轴和q轴参考值idref和iqref以及实测电流d轴和q轴值id和iq，从而输出脉冲调制器所需的参考电压的d轴和q轴参考值。本专利技术还公开了一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器的控制方法，包括步骤：S1、所述混合同步外环控制器采集电力电子变流器输出的有功功率、无功功率和电压，从而得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量，并输出至电压控制器；S2、所述电压控制器根据步骤S1得到的控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量，从而得到输出电流d轴和q轴的参考值，并输出至限流型电流控制器；S3、所述限流型电流控制器根据步骤S2得到的输出电流的d轴和q轴的参考值、实测的电力电子变流器输出电流d轴和q轴值以及电力电子变流器注入电网电流的最大容许幅值，从而产生脉冲调制器所需的参考电压的d轴和q轴参考值，并输出至脉冲调制器；S4、所述脉冲调制器根据所需的参考电压的d轴和q轴参考值作出判断，从而产生触发脉冲控制电力电子变流器的开关管，以维持电网的稳定运行。进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器，所述电力电子变流器接入电网系统内，其特征在于，所述混合型相位同步控制器的输入端与电网系统连接、输出端与电力电子变流器连接；/n所述混合型相位同步控制器包括混合同步外环控制器、电压控制器、限流型电流控制器和脉冲调制器，其中，电压控制器的输入端与混合同步外环控制器的输出端连接，限流型电流控制器的输入端与电压控制器的输出端连接，脉冲调制器的输入端与限流型电流控制器的输出端连接，脉冲调制器的输出端与电力电子变流器连接；/n所述混合同步外环控制器用于检测电力电子变流器输出的有功功率、无功功率和电压，从而得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量；/n所述电压控制器用于根据混合同步外环控制器输出的控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量，从而得到输出电流d轴和q轴的参考值；/n所述限流型电流控制器用于根据输出电流的d轴和q轴的参考值、实测的电力电子变流器输出电流d轴和q轴值以及电力电子变流器注入电网电流的最大容许幅值，从而产生脉冲调制器所需的参考电压的d轴和q轴参考值；/n所述脉冲调制器用于根据所需的参考电压的d轴和q轴参考值，从而产生触发脉冲控制电力电子变流器的开关管。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于电力电子变流器的混合型相位同步控制器，所述电力电子变流器接入电网系统内，其特征在于，所述混合型相位同步控制器的输入端与电网系统连接、输出端与电力电子变流器连接；
所述混合型相位同步控制器包括混合同步外环控制器、电压控制器、限流型电流控制器和脉冲调制器，其中，电压控制器的输入端与混合同步外环控制器的输出端连接，限流型电流控制器的输入端与电压控制器的输出端连接，脉冲调制器的输入端与限流型电流控制器的输出端连接，脉冲调制器的输出端与电力电子变流器连接；
所述混合同步外环控制器用于检测电力电子变流器输出的有功功率、无功功率和电压，从而得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量；
所述电压控制器用于根据混合同步外环控制器输出的控制坐标系中d轴的相位角和输出电压的d轴分量，从而得到输出电流d轴和q轴的参考值；
所述限流型电流控制器用于根据输出电流的d轴和q轴的参考值、实测的电力电子变流器输出电流d轴和q轴值以及电力电子变流器注入电网电流的最大容许幅值，从而产生脉冲调制器所需的参考电压的d轴和q轴参考值；
所述脉冲调制器用于根据所需的参考电压的d轴和q轴参考值，从而产生触发脉冲控制电力电子变流器的开关管。


2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述混合同步外环控制器包括功率同步环和无功环，所述功率同步环用于得到电力电子变流器控制坐标系中d轴的相位角，所述无功环用于得到输出电压的d轴分量。


3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述功率同步环包括有功功率同步环和交流电压同步环，所述有功功率同步环包括加法器一(1)、有功功率调节器(2)、加法器二(3)和积分器(4)，所述交流电压同步环包括Park变换器(5)和电压调节器(6)；所述有功功率调节器(2)的输入端与加法器一(1)的输出端连接、输出端连接至加法器二(3)的输入端，加法器二(3)的输出端与积分器(4)的输入端连接，积分器(4)的输出端与Park变换器(5)的输入端连接，Park变换器(5)的输出端连接至电压调节器(6)的输入端，电压调节器(6)的输出端连接至加法器二(3)的输入端；所述加法器一(1)用于根据输入的有功功率参考值P*和实测有功功率值P从而得到有功功率偏差值，所述有功功率调节器(2)用于处理加法器一(1)产生的有功功率偏差值从而得到有功锁相的角频率偏差值Δω1，所述Park变换器(5)用于根据输入的实测电压值us和有功功率同步环输出的参考相角值从而得到q轴电压值，所述电压调节器(6)用于根据Park变换器(5)输出的q轴电压值从而得到电压锁相的角频率偏差值Δω2，所述加法器二(3)用于对有功锁相的角频率偏差值Δω1、电压锁相的角频率偏差值Δω2以及角频率参考值ω0进行做和，再通过积分器(4)累加处理后得到参考相角值θ。


4.根据权利要求2或3所述的控制器，其特征在于，所述无功环包括加法器三(7)、无功功率调节器(8)和加法器四(9)，所述加法器三(7)的输出端与无功功率调节器(8)的输入端连接，无功功率调节器(8)的输出端与加法器四(9)的输入端连接；所述加法器三(7)用于根据无功功率参考值Q*和输入实测无功功率值Q从而得到无功功率偏差值，所述无功功率调节器(8)用于处理无功功率偏差值从而得到电压偏差值，所述加法器四(9)用于对电压偏差值与输出电压有效值的参考值做和，从而输出电压控制器的d轴电压参考值Edref。


5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述有功功率调节器(2)、电压调节器(6)和无功功率调节器(8)均包括比例-积分-微分调节器、惯性调节器和负反馈调节器；其中，所述比例-积分-微分调节器为比例调节器、比例积分调节器或比例积分微分调节器中的一种且均具备限幅功能；所述惯性调节器用于模拟同步发电机摇摆方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏飞，姜卫同，江道灼，辛焕海，李知艺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33