电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法、装置，所述方法包括：对变换器原边和副边的电容电压值进行离散化，建立电力电子变压器能量传输状态方程；在变换器的采样时间内，对移相占空比的取值进行划分，根据能量传输状态方程，结合瞬时有功功率，计算变换器电容储存能量的预测值；以电容储存能量的预测值和参考值之间的差值建立能量代价函数，取能量代价函数输出值最小时的移相占空比，用于电力电子变压器的控制。采用上述方案，兼顾多段直流母线电压的控制，实现储能总量合理的、动态的分配给高压和低压两侧共同承担，解决高压和低压直流侧电压剧烈波动的问题，同时系统动态响应的速度很快。时系统动态响应的速度很快。时系统动态响应的速度很快。

【技术实现步骤摘要】
电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法、装置


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法、装置。

技术介绍

[0002]电力电子变压器(power electronic transformer，PET)作为交直流混合电网中的关键设备，具有高度可控性。相比传统的工频变换器，PET具有体积小、功率密度高等优点，特别是在交流转直流的应用场合中，PET的优势更为显著。
[0003]在级联H桥(Cascaded H
‑
bridge，CHB)和双有源桥(Dual Active Bridge，DAB)两级式的电力电子变压器的控制方面，现有技术中采用的方案是，将级联H桥和双有源桥视作两个独立的部分，令它们分别负责高压和低压直流母线电压的控制，其中存在的问题是，没有考虑到级联H桥和双有源桥之间的相互影响和动态配合关系，进而会影响系统的动态调节过程，在两级之间的动态响应配合较差时，会引起高压、低压直流电压的剧烈波动。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法、装置，在考虑到电力电子变压器两级之间的相互影响和动态配合关系的基础上，兼顾多段直流母线电压的控制，在输入级调节储能总量的同时，实现储能总量合理的、动态的分配给高压和低压两侧共同承担，解决高压和低压直流侧电压剧烈波动的问题，同时系统动态响应的速度很快，实现高效率的两级协调控制。
[0005]技术方案：本专利技术提供一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法，包括：
[0006]基于电力电子变压器原边和副边的电容储存的总能量参考值，得到电力电子变压器的三相整流器的有功功率参考值；所述电力电子变压器包括三相整流器和直流变换器；
[0007]对三相整流器的输入电流、输入电压和开关状态进行离散化，建立在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的预测计算公式；
[0008]以有功功率参考值、瞬时有功功率和瞬时无功功率的误差最小建立功率代价函数，取功率代价函数输出值最小时的三相整流器开关状态矢量，作为最优的开关状态矢量；
[0009]对变换器原边和副边的电容电压值进行离散化，建立电力电子变压器能量传输状态方程；
[0010]在变换器的采样时间内，对移相占空比的取值进行划分，根据能量传输状态方程，结合瞬时有功功率，分别计算变换器原边和副边的电容储存能量的预测值；
[0011]以变换器原边和副边的电容储存能量的预测值和参考值之间的差值建立能量代价函数，取能量代价函数输出值最小时的移相占空比，用于电力电子变压器的控制。
[0012]具体的，所述三相整流器为级联H桥，所述直流变换器为双有源桥，所述总能量参考值E
allref
采用以下公式计算：
[0013][0014]其中，C
H
表示原边的参考电容值，U
Href
表示原边的参考电容电压值，C
L
表示副边的参考电容值，U
Lref
表示副边的参考电容电压值；
[0015]基于总能量参考值计算原边和副边电容储存的总能量E
all
，采用以下公式计算：
[0016][0017]其中，U
dc
表示原边的电容电压值，U
o
表示副边的电容电压值；
[0018]将总能量参考值E
allref
和总能量E
all
用于PI控制器，经过调节得到有功功率参考值和无功功率参考值。
[0019]具体的，所述并计算在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率，包括：
[0020]采集三相电网电流i
sa
、i
sb
和i
sc
，三相电网电压e
sa
、e
sb
和e
sc
，三相电压u
a
、u
b
和u
c
，三相整流器三个桥臂的开关信号S1、S2和S3，三个桥臂的电阻R
sa
、R
sb
和R
sc
，及三个桥臂的漏感L
sa
、L
sb
和L
sc
，三相整流器交流侧电动势的回路方程为：
[0021][0022]对应的矢量方程为：
[0023][0024]其中，三相整流器交流侧输出电压矢量u
afe
＝S
afe
u
dc
，u
dc
表示高压直流侧母线电压；
[0025]采用以下公式计算输入电流矢量i
s
、输入电压矢量e
s
和开关状态矢量S
afe
：
[0026][0027][0028][0029]其中，a＝e
j(2π/3)
表示矢量单位；
[0030]基于三相整流器交流侧电动势的回路方程对应的矢量方程，进行离散化，计算k+1时刻的输入电流矢量：
[0031][0032]在正交坐标系下利用离散化的输入电流矢量和输入电压矢量，计算瞬时有功功率P
in
和瞬时无功功率Q
in
，采用如下公式进行计算：
[0033][0034][0035]其中，e
sα
和e
sβ
分别为静止坐标系下的两相输入电压，i
sα
和i
sβ
分别为静止坐标系下的两相输入电流。
[0036]具体的，所述功率代价函数，采用如下公式进行计算：
[0037][0038]其中，P
in*
表示有功功率参考值。
[0039]具体的，所述能量传输状态方程如下：
[0040]E
H
(k+1)＝E
HB
(k)+E
H
(k)
‑
E
DAB
(k)，
[0041]E
L
(k+1)＝E
DAB
(k)+E
L
(k)
‑
E
Lo
(k)，
[0042]其中，E
H
(k)和E
L
(k)分别为在第k个采样周期内高压直流侧和低压直流侧母线电容存储的能量，E
HB
(k)为在第k个采样周期内输入高压直流侧的能量，E
DAB
(k)为在第k个采样周期内从高压直流侧向低压直流侧转移的能量，E
Lo
(k)为在第k个采样周期内负载从低压直流侧吸收的能量。
[0043]具体的，变换器原边和副边的电容储存能量的预测值，采用以下公式计算：
[0044][0045][0046]其中，T
s...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法，其特征在于，包括：基于电力电子变压器原边和副边的电容储存的总能量参考值，得到电力电子变压器的三相整流器的有功功率参考值；所述电力电子变压器包括三相整流器和直流变换器；对三相整流器的输入电流、输入电压和开关状态进行离散化，建立在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的预测计算公式；以有功功率参考值、瞬时有功功率和瞬时无功功率的误差最小建立功率代价函数，取功率代价函数输出值最小时的三相整流器开关状态矢量，作为最优的开关状态矢量；对变换器原边和副边的电容电压值进行离散化，建立电力电子变压器能量传输状态方程；在变换器的采样时间内，对移相占空比的取值进行划分，根据能量传输状态方程，结合瞬时有功功率，分别计算变换器原边和副边的电容储存能量的预测值；以变换器原边和副边的电容储存能量的预测值和参考值之间的差值建立能量代价函数，取能量代价函数输出值最小时的移相占空比，用于电力电子变压器的控制。2.根据权利要求1所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法，其特征在于，所述三相整流器为级联H桥，所述直流变换器为双有源桥，所述总能量参考值E
allref
采用以下公式计算：其中，C
H
表示原边的参考电容值，U
Href
表示原边的参考电容电压值，C
L
表示副边的参考电容值，U
Lref
表示副边的参考电容电压值；基于总能量参考值计算原边和副边电容储存的总能量E
all
，采用以下公式计算：其中，U
dc
表示原边的电容电压值，U
o
表示副边的电容电压值；将总能量参考值E
allref
和总能量E
all
用于PI控制器，经过调节得到有功功率参考值和无功功率参考值。3.根据权利要求2所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法，其特征在于，所述并计算在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率，包括：采集三相电网电流i
sa
、i
sb
和i
sc
，三相电网电压e
sa
、e
sb
和e
sc
，三相电压u
a
、u
b
和u
c
，三相整流器三个桥臂的开关信号S1、S2和S3，三个桥臂的电阻R
sa
、R
sb
和R
sc
，及三个桥臂的漏感L
sa
、L
sb
和L
sc
，三相整流器交流侧电动势的回路方程为：对应的矢量方程为：
其中，三相整流器交流侧输出电压矢量u
afe
＝S
afe
u
dc
，u
dc
表示高压直流侧母线电压；采用以下公式计算输入电流矢量i
s
、输入电压矢量e
s
和开关状态矢量S
afe
：：：其中，a＝e
j(2π/3)
表示矢量单位；基于三相整流器交流侧电动势的回路方程对应的矢量方程，进行离散化，计算k+1时刻的输入电流矢量：在正交坐标系下利用离散化的输入电流矢量和输入电压矢量，计算瞬时有功功率P
in
和瞬时无功功率Q
in
，采用如下公式进行计算：，采用如下公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙毅超，曹梓青，李禹樊，鄢寅宇，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：