一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法，建立三相abc静止坐标系中的低频模型，建立两相αβ静止坐标系中的数学模型，使三相系统向两相系统进行转变；根据两相αβ静止坐标系中的数学模型，将其转换为两相旋转坐标系中的数学模型；根据两相旋转坐标系中的数学模型建立基于电压定向的空间矢量控制模型；建立AFE变换器仿真模型，用于观测AFE变换器的运行状态。本发明专利技术能进行精确的动态波形仿真，从而观测以及保证前端变换器运行控制的稳定性。控制的稳定性。控制的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法


[0001]本专利技术涉及柔性充电系统
，尤其涉及一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法。

技术介绍

[0002]AFE整流/回馈单元的功能主动前端译自英文Active Front End。从结构上看，由于采用了IGBT功率元件，所以它相当于一个逆变器，不同的是其输入为交流输出为直流，因为它位于电源进线侧，所以被称为前端。
[0003]建立数学模型是深入分析和研究AFE的工作机理及动、静态特性的重要手段。目前，通过从低频和高频的角度，分别建立AFE在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的低频模型和高频模型。AFE低频模型是忽略与开关频率相关的高频谐波，基于AFE基波分析得到的。通过AFE的低频模型可以得出稳态时AFE的向量图，通过几何图形可以清晰的表示出AFE的工作机理和各物理量之间的关系。当AFE开关频率远高于电网基波频率时，为简化AFE的一般数学描述可忽略AFE开关函数描述模型中的高频分量，即只考虑其中的低频分量，从而获得低频模型。此数学模型非常适合于控制系统的设计，并可直接用于控制器设计。
[0004]但是，由于这类模型略去了开关过程的高频分量，因而不能进行精确的动态波形仿真。AFE高频数学模型是基于开关函数建立的，适合于AFE的波形仿真。而高频数学模型包含了开关过程的高频分量，很难用于指导控制器的设计。

技术实现思路

[0005]为克服上述缺点，本专利技术的目的在于提供一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法，能进行精确的动态波形仿真，从而观测以及保证前端变换器运行控制的稳定性。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法，包括
[0007]步骤一：建立三相abc静止坐标系中的低频模型，从所述低频模型中得出AFE三相输入电流受开关函数的控制，即通过所述开关函数调节控制电压以实现电压对AFE输入电流的调控；
[0008]步骤二：建立三相abc静止坐标系中的高频模型；
[0009]步骤三：建立两相αβ静止坐标系中的数学模型，使三相系统向两相系统进行转变；
[0010]步骤四：根据两相αβ静止坐标系中的数学模型，将其转换为两相旋转坐标系中的数学模型，通过所述两相旋转坐标系中的数学模型得到两轴之间的电流与整流输出负载之间都存在着耦合；
[0011]步骤五：根据两相旋转坐标系中的数学模型建立基于电压定向的空间矢量控制模型，通过空间矢量调制器对PWM整流器中的开关器件进行控制，使得整流器的输出侧电流波形为正弦且和电源电压波形同相位；
[0012]步骤六：建立AFE变换器仿真模型，用于观测AFE变换器的运行状态。
[0013]优选地，所述步骤一具体包括，
[0014]所述开关函数S
k
(S
k
＝a,b,c),当忽略PWM谐波分量时，
[0015][0016]其中θ是开关函数基波初始相位角，θ＝α
‑
β；m是PWM调制比；对于SVPWM调制而言，
[0017]V
K
＝V0S
K
(k＝a，b,c)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]式中，V0为AFE输出电压。AFE瞬时输入功率为：
[0019]p
in
＝v
a
i
a
+v
b
i
b
+v
c
i
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0020]不计AFE输入电感的等效电阻，假设整流桥为无损网络，根据功率平衡原理，AFE的瞬时输入功率等于瞬时输出功率。得出AFE输出电流为：
[0021][0022]根据所述开关函数得出AFE交流侧的低频方程为：
[0023][0024]由上述低频方程可以看出，AFE三相输入电流受开关函数(S
a
，S
b
，s
c
)的控制。不管采用何种控制策略，对AFE输入电流的控制都是通过调节控制电压实现的，而实现该电压控制的也就是开关函数。
[0025]优选地，所述步骤二中利用基尔霍夫电压定律建立AFE的a相、b相以及c相回路方程为：
[0026][0027]根据上述回路方程，可得：
[0028][0029]因此，直流侧电流i0可以描述为：
[0030][0031]对直流侧电容正极节点处应用基尔霍夫电流定律，可得：
[0032][0033]联系上述公式，并引入状态变量则AFE在abc坐标下的高频数学模型的状态变量表达式为：
[0034][0035]优选地，所述步骤三中三相系统向两相系统的变换阵为：
[0036][0037]建立的所述两相αβ静止坐标系中的数学模型为：
[0038][0039]其中，S
α
，S
β
为αβ坐标系下单极性二值逻辑开关函数。
[0040]优选地，所述步骤四中两相αβ静止坐标系向两相旋转坐标系转换的公式为：
[0041][0042]其中，ωt＝θ，
[0043]使用变换矩阵，得到的两相旋转坐标系数学模型为：
[0044][0045]其中，V0S
d
＝V
d
，V0S
q
＝V
q
。
[0046]优选地，对两相旋转坐标系数学模型简化可得：
[0047][0048]当电流调节器采用P1调节器时，所述两相旋转坐标系下的AFE电流控制时的电压矢量为：
[0049][0050]其中，为是网侧电流基于电压定向所得到的旋转坐标轴上的指令电压，所述由电压P1调节器所得，所述在旋转坐标中均为直流量。
[0051]优选地，通过所述步骤四中的坐标变换，对进入电流调节器内的电流进行解耦控制，从而输出控制步骤五中所需要的电压矢量。
[0052]由于旋转坐标系中的d、q两轴电流与负载电流i
L
之间也存在着耦合，若将电流内环以及PWM主电路的传递函数用G
i
(s)表示，那么负载电流i
L
对于整个控制系统来说是一个外部扰动信号。当i
L
发生变化时，首先影响到直流输出电压V0，使V0偏离给定值，然后通过电压调节器进行调节，可以逐步减小直到消除V0同给定值之间的差，系统重新进入稳态。由于电压调节环的调节速度比较慢，在负载电流突然增大的开始一段时间内，整流器还不能提供负载消耗的全部能量。此时，直流侧电容C释放出所储存的能量和整流器一起向负载提供能量。当负载电流突然减小时,由于整流器提供的能量超出负载所消耗的能量,则多余的能量流向电容C，对其进行充电。
[0053]优选地，所述AFE变换器仿真模型包括前端AFE主电路及控制电路模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法，其特征在于：包括步骤一：建立三相abc静止坐标系中的低频模型，从所述低频模型中得出AFE三相输入电流受开关函数的控制，即通过所述开关函数调节控制电压以实现电压对AFE输入电流的调控；步骤二：建立三相abc静止坐标系中的高频模型；步骤三：建立两相αβ静止坐标系中的数学模型，使三相系统向两相系统进行转变；步骤四：根据两相αβ静止坐标系中的数学模型，将其转换为两相旋转坐标系中的数学模型，通过所述两相旋转坐标系中的数学模型得到两轴之间的电流与整流输出负载之间都存在着耦合；步骤五：根据两相旋转坐标系中的数学模型建立基于电压定向的空间矢量控制模型，通过空间矢量调制器对PWM整流器中的开关器件进行控制，使得整流器的输出侧电流波形为正弦且和电源电压波形同相位；步骤六：建立AFE变换器仿真模型，用于观测AFE变换器的运行状态。2.根据权利要求1所述的一种柔性充电系统的前端变换器运行控制方法，其特征在于：所述步骤一具体包括，所述开关函数S
k
(S
k
＝a,b,c),当忽略PWM谐波分量时，其中θ是开关函数基波初始相位角，θ＝α
‑
β；m是PWM调制比；对于SVPWM调制而言，V
K
＝V0S
K
(k＝a，b，c)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，V0为AFE输出电压。AFE瞬时输入功率为：p
in
＝v
a
l
a
+v
b
i
b
+v
c
i
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)不计AFE输入电感的等效电阻，假设整流桥为无损网络，根据功率平衡原理，AFE的瞬时输入功率等于瞬时输出功率。得出AFE输出电流为：根据所述开关函数得出AFE交流侧的低频方程为：
3.根据权利要求1所述的一种柔性充电系统的前端变换器运行控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，黄颉，何桂英，
申请(专利权)人：国网智慧能源交通技术创新中心苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：