超导储能用电流并联型电压补偿器的稳态控制方法技术

本发明专利技术涉及超导储能时流过超导线圈的超导电流控制技术领域，其特征在于：本发明专利技术通过一个ＤＳＰ芯片把电源三相电压、负载三相电压转换成一个在ｄ、ｑ轴上的正序的稳态控制电流，然后通过电流矢量脉宽调制器把该正序电流转换成六个控制脉冲，送到由六个绝缘栅双极晶体管和六个二极管各自对应串联所组成的变流器中的各个晶体管的栅极，所述变流器的输入是三相负载电压，加在三个桥臂的三个中点上，该变流器的输出是流过超导线圈的超导电流，超导线圈接在三个桥臂中末端三个二极管的负极和起始端的绝缘栅双极晶体管的源极之间。当在０．１５～０．３５秒之间，电源电压故障时跌落５０％时，负载电压几乎不变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超导
，尤其涉及超导应用中超导电流的稳态控制

技术介绍
目前，没有与申请的专利相同或相似的技术，文献[1]提出的控制方法也适用于基于超导储能的电流并联型电压补偿器，但是该方法计算复杂，不易实现，在控制精度上也有所不足。文献[2]提出的方法与申请的专利都是在同步旋转坐标系下进行控制，但该方法只适用于电压并联型电压补偿器。[1]Xun Liu；Xiaoguang Zhu；Xiaohua Jiang.A phasor controlscheme for voltage sag compensation by SMES.Power Electronics and Motion ControlConference，2004.Vol 2p882～885[2]Takao Kawabata，Nobuo Sashida，Yushin Yamamoto，Kouji Ogasawara，and Yuko Yamasaki.Parallel processing inverter system.IEEE Transactions on Power Electronics.Vol 6，NO 3，July1991p442～450
技术实现思路
本专利技术的目的在于为基于超导储能的电流并联型电压补偿器寻求一种简单可靠的高性能的控制方法。电流并联型电压补偿器的系统结构见附图1，其中Ls移相电抗器的电感值；C滤波电容的电容值；Rf负载的阻值Rc阻尼电阻的阻值。Vsa、Vsb和Vsc电源电压的A、B、C三相值；Isa、Isb和Isc电源电流的A、B、C三相值；Vfa、Vfb和Vfc负载电压的A、B、C三相值；Ifa、Ifb和Ifc负载电流的A、B、C三相值；Ipa、Ipb和Ipc变流器交流端电流的A、B、C三相值；其中，移相电抗器、阻尼电阻、滤波电容分别有三个，分为ABC三相，负载是纯电阻三相三线制负载，变流器由6个IGBT和Diode构成，1个IGBT和Diode组成半个桥臂。变流器的交流端与三相负载相连，变流器的直流端与超导线圈相连。IGBT的驱动信号由DSP提供。通过控制IGBT的驱动信号，就能控制变流器交流端的电流Ipa、Ipb和Ipc，在电源电压发生瞬时电压跌落等故障的同时，保持负载电压为额定值，使之不受电源的影响。本专利申请的稳态控制方法如式(1)所示 ipwmd=1100πLsVsq+(100π)2CLs-1100πLsVfq-1RfVfdipwmq=-1100πLsVsd-(100π)2CLs-1100πLsVfd-1RfVfq---(1)]]>本专利技术的特征在于所述方法依次含有以下步骤步骤1通过电压互感器测量电源三相电压和负载三相电压，分别记为Vsa、Vsb、Vsc和Vfa、Vfb、Vfc；步骤2把步骤1得到的电源三相电压和负载三相电压的值存在一个DSP的内存中；步骤3通过所述DSP，按以下步骤，求出分别用ipwmd和ipwmq表示的稳态控制电流；3-1步对内存中的Vsa、Vsb、Vsc以及Vfa、Vfb、Vfc，分别按下式进行3/2变换，得到Vsd、Vsq以及Vfd、Vfq，并存入内存； 式中，θ为角度量，由锁相环电路给出，下同，锁相环电路的输入是Vsa；3-2步用第1个乘法器求出1/Rf，第2个乘法器求出1/100πLs的值，其中，Ls为移相电抗器的电抗值、Rf为负载电阻的值；用第1、第2两个乘加器各自都求出((100π)2CLs-1)/100πLs的值，其中C为滤波电容值；把3-2步得到的各值存入内存中；3-3步用第3乘法器求出Vsq/100πLs的值；用第4乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfq/100πLs的值；用第5乘法器求出Vfd/Rf的值，再用第1加法器求出ipwmd=1100πLsVsq+(100π)2CLs-1100πLsVfq-1RfVfd]]>3-4步用第6乘法器求出Vsd/100πLs的值；用第7乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfd/100πLs的值；用第8乘法器求出Vfq/Rf的值，再用第2加法器求出ipwmq=-1100πLsVsd-(100π)2CLs-1100πLsVfd-1RfVfq]]>3-5步对步骤3-4得到的ipwmd和ipwmq按下式进行2/3变换，得到直角坐标系的三相稳态控制电流值ipwma，ipwmb，ipwmc 3-6步把步骤3-5得到的三相稳态控制电流ipwma，ipwmb，ipwmc输入到一个电流矢量脉宽调制器，求出6个IGBT的驱动信号，所述IGBT是绝缘栅双极晶体管的英文简称，所述IGBT的6个驱动信号计算方法如下当|ipwma|≥|ipwmb|，|ipwmc|时若ipwma≥ 0，1、6、2、4号IGBT导通，第i号IGBT导通时间为Ti，则T1＝TT6=|ipwmb|idT]]>T2=|ipwmc|idT]]>T4＝T-T2-T6式中，T是控制周期，id是超导线圈电流值，由电流霍尔测出，下同，；若ipwma＜0，则4、3、5、1号IGBT导通，各IGBT的导通时间为T4＝TT3=|ipwmb|idT]]>T5=|ipwmc|idT]]>T1＝T-T3-T5当|ipwmb|≥|ipwmc|，|ipwma|时若ipwmb≥0，则3、2、4、6号IGBT导通；T3＝TT2=|ipwmc|idT]]>T4=|ipwma|idT]]>T6＝T-T2-T4若ipwmb＜0，则6、5、1、3号IGBT导通； T6＝TT5=|ipwmc|idT]]>T1=|ipwma|idT]]>T3＝T-T1-T5当|ipwmc|≥|ipwma|，|ipwmb|时若ipwmc≥0 ，则5、4、6、2号IGBT导通；T5＝TT4=|ipwma|idT]]>T6=|ipwmb|idT]]>T2＝T-T4-T6若iPwmc＜0，则2、1、3、5号IGBT导通；T2＝TT1=|ipwma|idT]]>T3=|ipwmb|idT]]>T5＝T-T1-T3在导通时间内，IGBT的驱动信号为高；在导通时间外，IGBT的驱动信号为低，根据各个IGBT的导通时间，可以方便得到其驱动信号；步骤4把步骤3所述的6个驱动信号分别送至6个IGBT的栅极，实现稳态控制；所述每一个IGBT串连一个二极管后组成半个桥臂，6个IGBT和6个二极管各自对应串联后构成一个变流器，其中，每两个所述的半个桥臂相互正向串接，组成三个桥臂，其各自的连接中点与负载三相电压输出端相连；所述的三个桥臂的一端为三个IGBT所串接的二极管的负极，另一端为另外三个IGBT的源极，所述的三个IGBT所串接的二极管的负极并联后连超导线圈的一端，而另外三个IGBT的源极并联后接所述超导线圈的另一端。该控制方法的效果可以由仿真结果(附图2)和实验结果(附图3)证明。附图2所示电源电压对称跌落50％时的仿真结果。其中，附图2a是电源电压波形，附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
超导储能用电流并联型电压补偿器的稳态控制方法，其特征在于所述方法依次含有以下步骤：步骤１：通过电压互感器测量电源三相电压和负载三相电压，分别记为Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃ和Ｖｆａ、Ｖｆｂ、Ｖｆｃ；步骤２：把步骤１得到的电源三相电 压和负载三相电压的值存在一个ＤＳＰ的内存中；步骤３：通过所述ＤＳＰ，按以下步骤，求出分别用ｉｐｗｍｄ和ｉｐｗｍｑ表示的稳态控制电流；３－１步：对内存中的Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃ以及Ｖｆａ、Ｖｆｂ、Ｖｆｃ，分别按下式进行３／２变 换，得到Ｖｓｄ、Ｖｓｑ以及Ｖｆｄ、Ｖｆｑ，并存入内存；＊＊＊式中，θ为角度量，由锁相环电路给出，下同，锁相环电路的输入是Ｖｓａ；３－２步：用第１个乘法器求出１／Ｒ↓［ｆ］，第２个乘法器求出１／１００πＬ↓［ｓ］的值， 其中，Ｌ↓［ｓ］为移相电抗器的电抗值、Ｒ↓［ｆ］为负载电阻的值；　用第１、第２两个乘加器各自都求出（（１００π）↑［２］ＣＬ↓［ｓ］－１）／１００πＬ↓［ｓ］的值，其中Ｃ为滤波电容值；把３－２步得到的各值存入内存中； ３－３步：用第３乘法器求出Ｖｓｑ／１００πＬ↓［ｓ］的值；用第４乘法器求出（（１００π）↑［２］ＣＬ↓［ｓ］－１）Ｖｆｑ／１００πＬ↓［ｓ］的值；用第５乘法器求出Ｖｆｄ／Ｒ↓［ｆ］的值，再用第１加法器求出＊＊＊　 　３－４步：用第６乘法器求出Ｖｓｄ／１００πＬ↓［ｓ］的值；用第７乘法器求出（（１００π）↑［２］ＣＬ↓［ｓ］－１）Ｖｆｄ／１００πＬ↓［ｓ］的值；用第８乘法器求出Ｖｆｑ／Ｒ↓［ｆ］的值，再用第２加法器求出＊＊＊ ３－５步：对步骤３－４得到的ｉｐｗｍｄ和ｉｐｗｍｑ按下式进行２／３变换，得到直角坐标系的三相稳态控制电流值ｉｐｗｍａ，ｉｐｗｍｂ，ｉｐｗｍｃ：＊＊＊３－６步：把步骤３－５得到的三相稳态控制电流ｉｐｗｍａ，ｉｐｗｍｂ，ｉｐ ｗｍｃ输入到一个电流矢量脉宽调制器，求出６个ＩＧＢＴ的驱动信号，所述ＩＧＢＴ是绝缘栅双极晶体管的英文简称，所述ＩＧＢＴ的６个驱动信号计算方法如下：当｜ｉ↓［ｐｗｍａ］｜≥｜ｉ↓［ｐｗｍｂ］｜，｜ｉ↓［ｐｗｍｃ］｜时：若ｉ↓［ ｐｗｍａ］≥０，１、６、２、４号ＩＧＢＴ导通，第ｉ号ＩＧＢＴ导通时间为Ｔ↓［ｉ］，则Ｔ↓［１］＝Ｔ＊＊＊Ｔ↓［４］＝Ｔ－Ｔ↓［...

【技术特征摘要】
1.超导储能用电流并联型电压补偿器的稳态控制方法，其特征在于所述方法依次含有以下步骤步骤1通过电压互感器测量电源三相电压和负载三相电压，分别记为Vsa、Vsb、Vsc和Vfa、Vfb、Vfc；步骤2把步骤1得到的电源三相电压和负载三相电压的值存在一个DSP的内存中；步骤3通过所述DSP，按以下步骤，求出分别用ipwmd和ipwmq表示的稳态控制电流；3-1步对内存中的Vsa、Vsb、Vsc以及Vfa、Vfb、Vfc，分别按下式进行3/2变换，得到Vsd、Vsq以及Vfd、Vfq，并存入内存； 式中，θ为角度量，由锁相环电路给出，下同，锁相环电路的输入是Vsa；3-2步用第1个乘法器求出1/Rf，第2个乘法器求出1/100πLs的值，其中，Ls为移相电抗器的电抗值、Rf为负载电阻的值；用第1、第2两个乘加器各自都求出((100π)2CLs-1)/100πLs的值，其中C为滤波电容值；把3-2步得到的各值存入内存中；3-3步用第3乘法器求出Vsq/100πLs的值；用第4乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfq/100πLs的值；用第5乘法器求出Vfd/Rf的值，再用第1加法器求出ipwmd=1100πLsVsq+(100π)2CLs-1100πLsVfq-1RfVfd]]>3-4步；用第6乘法器求出Vsd/100πLs的值；用第7乘法器求出((100π)2CLs-1)Vfd/100πLs的值；用第8乘法器求出Vfq/Rf的值，再用第2加法器求出ipwmq=-1100πLsVsd+(100π)2CLs-1100πLsVfd-1RfVfq]]>3-5步对步骤3-4得到的ipwmd和ipwmq按下式进行2/3变换，得到直角坐标系的三相稳态控制电流值ipwma，ipwmb，ipwmc 3-6步把步骤3-5得到的三相稳态控制电流ipwma，ipwmb，ipwmc输入到一个电流矢量脉宽调制器，求出6个IGBT的驱动信号，所述IGBT是绝缘栅双极晶体管的英文简称，所述IGBT的6个驱动信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓光，蒋晓华，程志光，任晓鹏，
申请(专利权)人：清华大学，保定天威集团有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]