CN103311957A - 一种网侧变流器控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网侧变流器控制方法和系统，所述方法包括：当调制比在第一设定区间时，将直流母线电压参考值限定在直流电压限定范围内，调制比在第二设定区间时，将电压增量与直流母线电压参考值之和限定在直流电压限定范围内；限定后的电压作为直流母线电压的给定值；调制比根据矢量脉宽调制单元的参考电压和直流母线电压得到。可见，本发明中调制比能够反映电网电压值，当调制比在第一设定区间时，判断出电网电压正常，当调制比在第二设定区间时，判断出电网电压暂态提升，从而增加直流母线电压的给定值，抑制了调制比的饱和，提高了网侧变流器的可控性，保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行，实现了提高变流器的高电压穿越的能力。

Description

一种网侧变流器控制方法和系统

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其是涉及一种网侧变流器控制方法和系统。

背景技术

变流器包括机侧变流器和网侧变流器等，机侧变流器，即整流器，与发电机相连接，网侧变流器，即逆变器，连接电网侧，机侧变流器和网侧变流器共同连接于一个直流母线进行整流、逆变控制。变流器工作阶段，当电网电压发生暂态抬升时，直流侧控制裕度下降，导致网侧变流器存在失控危险，如果网侧变流器失控，极易导致直流侧过压或过流，从而使得变流器不能够稳定并网运行，甚至发生故障脱网。并且随着发电机的装机容量的不断增加，电网电压暂态抬升发生的频率会增加，且由此引起的变流器批量故障脱网对电网造成的严重影响将日益凸显。

因此，如何在电网电压暂态抬升时提高网侧变流器的可控性就显得越发重要。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种网侧变流器控制方法和系统，能够在电网电压暂态抬升时提高网侧变流器的可控性，从而保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

本发明提供了一种网侧变流器控制方法，所述方法包括：

当调制比在第一设定区间时，将直流母线电压参考值限定在直流电压限定范围内，所述调制比在第二设定区间时，将电压增量与直流母线电压参考值之和限定在直流电压限定范围内；

将限定后的电压作为直流母线电压的给定值，根据该给定值与直流母线电压的差值生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值，并根据所述q轴电流给定值、两相旋转坐标系下的q轴电流、d轴电流和d轴电流给定值生成矢量脉宽调制单元的参考电压；

矢量脉宽调制单元根据所述参考电压对网侧变流器的开关器件进行开关控制；

其中，所述调制比根据矢量脉宽调制单元的参考电压和直流母线电压得到，电压增量根据调制比给定值与所述调制比的差值得到。

优选地，第一切换开关的第一输入端连接电压增量与直流母线电压参考值之和，第一切换开关的第二输入端连接直流母线电压参考值，第一切换开关的输出端连接直流电压限定单元；直流电压限定单元将其输入电压限定在直流电压限定范围；

则所述将直流母线电压参考值限定在直流电压限定范围内具体为：控制第一切换开关的输出端连通第二输入端；

所述将电压增量与直流母线电压参考值之和限定在直流电压限定范围内具体为：控制第一切换开关的输出端连通第一输入端。

优选地，还包括：

当调制比在第一设定区间或第二设定区间时，将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值；当调制比在第三设定区间时，将d轴电流参考值与电流增量之和作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值；

其中，d轴电流参考值根据感性无功功率和感性无功功率的给定值的差值得到，所述电流增量根据调制比给定值与所述调制比的差值得到。

优选地，第二切换开关的第一输入端连接d轴电流参考值，第二切换开关的第二输入端连接存储单元的输出值与电流增量之和，第二切换开关的输出信号作为d轴电流给定值；所述存储单元存储第二切换开关切换前瞬间的d轴电流参考值；

则所述将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值具体为：控制第二切换开关的输出端连通第一输入端；

所述将d轴电流参考值与电流增量之和作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值具体为：控制第二切换开关的输出端连通第二输入端。

优选地，所述调制比m为：

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

其中，所述V₁为矢量脉宽调制单元的参考电压；所述V_dc为直流母线电压，所述第一设定区间为m＜0.907，所述第二设定区间为0.907＜m＜0.952，所述第三设定区间为m＞0.952。

本发明还提供了一种网侧变流器控制系统，所述系统包括第一减法器、第一调节器、第一加法器、第一切换开关、直流电压限定单元、第二减法器、切换控制单元、矢量脉宽调制单元和调制生成单元；

所述第一减法器用于对调制比和所述调制比给定值做减法运算，并将运算结果输出至第一调节器；所述调制比根据矢量脉宽调制单元的参考电压和直流母线电压得到；

所述第一调节器根据第一减法器的运算结果生成电压增量，并将所述电压增量输出至第一加法器；

第一加法器对所述电压增量和直流母线电压参考值做加法运算，并将运算结果输出至第一切换开关的第一输入端；所述第一切换开关的第二输入端输入所述直流母线电压参考值；

所述第一切换开关的输出端连接直流电压限定单元；所述直流电压限定单元用于将输入电压限定在直流电压限定范围内，并将限定后的电压输出至第二减法器；

所述切换控制单元用于在所述调制比在第一设定区间时，控制所述第一切换开关的输出端连通第二输入端，所述调制比在第二设定区间时，控制所述第一切换开关的输出端连通第一输入端；

所述第二减法器对所述限定后的电压和直流母线电压做减法运算后，将运算结果输出至调制生成单元；

所述调制生成单元根据所述第二减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值，并根据所述q轴电流给定值、两相旋转坐标系下的q轴电流、d轴电流和d轴电流给定值生成矢量脉宽调制单元的参考电压；

所述矢量脉宽调制单元根据所述参考电压对网侧变流器的开关器件进行开关控制。

优选地，所述系统还包括第三减法器、第二调节器、第三调节器、存储单元、第二加法器和第二切换开关；

所述第三减法器用于对网侧变流器的感性无功功率和所述感性无功功率的给定值进行减法运算，并将运算结果输出至第二调节器；

所述第二调节器根据第三减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的d轴电流参考值，并将所述d轴电流参考值输出至第二切换开关的第一输入端；

所述存储单元用于存储所述第二切换开关切换前第二调节器的瞬时输出值，所述存储单元输出端连接第二加法器；

第三调节器用于根据第一减法器的运算结果生成电流增量，并将所述电流增量输出至第二加法器；

所述第二加法器用于对所述存储单元的输出值和所述电流增量做加法运算，并将运算结果输出至第二切换开关的第二输入端；

所述第二切换单元的输出值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值，通过第二切换单元的输出端输出至调制生成单元；

所述切换控制单元还用于在所述调制比在第一设定区间或第二设定区间时，控制所述第二切换开关的输出端连通第一输入端，所述调制比在第三设定区间时，控制所述第一切换开关的输出端连通第一输入端并且控制所述第二切换开关的输出端连通第二输入端。

优选地，所述调制比m为：

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

其中，所述V₁为矢量脉宽调制单元的参考电压；所述V_dc为直流母线电压，所述第一设定区间为m＜0.907，所述第二设定区间为0.907＜m＜0.952，所述第三设定区间为m＞0.952。

优选地，所述系统还包括：第三变换器和无功功率计算单元；

所述第三变换器用于根据电网电压空间矢量的电角度，将三相电网电压从三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系下的d轴电压和q轴电压，并将d轴电压和q轴电压输出至无功功率计算单元；

所述无功功率计算单元用于根据所述d轴电压和q轴电压以及两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，计算网侧变流器的感性无功功率，并将所述感性无功功率输出至第三减法器。

优选地，所述调制生成单元包括：第四调节器、第五调节器、第四减法器、第五减法器、第一变换器和第二变换器；

所述第四调节器用于根据第二减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值，并将所述q轴电流给定值输出至第四减法器；

所述第一变换器用于根据电网电压空间矢量的电角度，将三相电网电流变换到两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，所述q轴电流输出至第四减法器，所述d轴电流输出至第五减法器；

所述第四减法器用于对所述q轴电流给定值和q轴电流作减法运算，并将运算结果输出至第五调节器；

所述第五减法器用于对d轴电流给定值和d轴电流作减法运算，并将运算结果输出至第五调节器；

所述第五调节器根据所述第四减法器和第五减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的直流量调制度，并将所述直流量调度值输出至所述第二变换器；

所述第二变换器用于将直流量调度值变换为两相静止坐标系下的交流量作为矢量脉宽调制单元的参考电压输出至矢量脉宽调制单元。

通过上述技术方案可知，调制比根据矢量脉宽调制单元的参考电压和直流母线电压得到，因此能够反映电网电压值。当调制比在第一设定区间时，使得限定后的直流母线电压参考值作为直流母线电压的给定值，而当调制比在第二设定区间时，使得限定后的直流母线电压参考值与电压增量的相加之和作为直流母线电压的给定值(电压增量根据调制比与调制比给定值的差值得到)，从而增加直流母线电压的给定值，抑制了调制比的饱和，因此提高了网侧变流器的可控性，保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行。

附图说明

图1为本发明提供的网侧变流器控制系统的一具体实施例的结构示意图；

图2为图1所示的系统当m在第一设定区间时的工作的器件连接图；

图3为图1所示的系统当m在第二设定区间时的工作的器件连接图；

图4为本发明提供的网侧变流器控制系统的另一具体实施例的结构示意图；

图5为图4所示的系统当m在第三设定区间时的工作的器件连接图；

图6为图4所示的系统的一优选的结构示意图；

图7为本发明提供的网侧变流器控制方法的一具体实施例的流程示意图

图8为本发明提供的网侧变流器控制方法的另一具体实施例的流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供了网侧变流器控制系统的一具体实施例，在本实施例中，所述系统包括第一减法器101、第一调节器102、第一加法器103、第一切换开关104、直流电压限定单元105、第二减法器106、切换控制单元107、调制生成单元108和矢量脉宽调制单元109。其中，第一切换开关104具有第一输入端、第二输入端和输出端。

第一减法器101用于对调制比m和所述调制比m的给定值m*做减法运算，并将运算结果e_m输出至第一调节器102。其中，所述调制比m根据矢量脉宽调制单元的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，因此，所述调制比m能够反映电网电压值。

第一调节器102根据第一减法器101的运算结果e_m生成电压增量ΔVdc^*，并将所述电压增量ΔVdc^*输出至第一加法器103。其中，第一调节器102使得调制比m无静差地跟随调制比m的给定值m*。第一调节器具体可以为P(比例)调节器、PI(比例-积分)调节器、或者PID(比例-积分-微分)调节器等。

第一加法器103对所述电压增量ΔVdc^*和直流母线电压参考值Vdc^*做加法运算，并将运算结果输出至第一切换开关104的第一输入端1，所述第一切换开关104的第二输入端2输入所述直流母线电压参考值Vdc^*。

第一切换开关104的输出端连接直流电压限定单元105，直流电压限定单元105用于将直流电压限定单元105的输入电压Vdc^* ₁限定在直流电压限定范围内，并将限定后的电压Vdc^* ₂作为直流母线电压的给定值，输出至第二减法器106。在变流器的实际应用过程中，直流侧电压不能无限增加，因此，本实施例中通过直流电压限定单元105限定直流母线电压的给定值在直流电压限定范围内，从而限定了直流侧电压在一定范围内。其中，直流电压限定范围大于直流母线电压参考值Vdc^*。

切换控制单元107用于在调制比m在第一设定区间时，控制第一切换开关104的输出端连通第二输入端2，调制比m在第二设定区间时，控制第一切换开关104的输出端连通第一输入端1。实际上，调制比m在第一设定区间时，此时电网电压值正常，网侧变流器处于可控状态，而调制比m在第二设定区间时，此时电网电压发生暂态提升，网侧变流器可控性降低，很有可能处于不可控的状态。

第二减法器106对限定后的电压Vdc^* ₂，即直流母线电压的给定值，和直流母线电压Vdc做减法运算后，将运算结果e_dc输出至调制生成单元108。

调制生成单元108根据第二减法器106的运算结果e_dc生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值i_q ^*，并根据所述q轴电流给定值i_q ^*、两相旋转坐标系下的q轴电流i_q、d轴电流i_d和d轴电流给定值i_d ^*生成矢量脉宽调制单元109的参考电压V1。其中，q轴电流i_q为有功电流，d轴电流i_d为感性无功电流。

矢量脉宽调制单元109根据所述参考电压V1对网侧变流器110的开关器件进行开关控制。矢量脉宽调制单元109可以为SVPWM(空间矢量脉宽调制)。

通过上述技术方案可知，本实施例中，调制比m根据矢量脉宽调制单元109的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，因此能够反映电网电压值。当调制比m在第一设定区间时，判断出电网电压正常，通过切换控制单元107设置第一切换开关104的输出端连通第二输入端，使得限定后的直流母线电压参考值Vdc^*作为直流母线电压的给定值，而当调制比m在第二设定区间时，判断出电网电压暂态提升，通过切换控制单元107设置第一切换开关104的输出端连通第一输入端，使得限定后的直流母线电压参考值Vdc^*与电压增量ΔVdc^*的相加之和作为直流母线电压的给定值(其中，电压增量ΔVdc^*根据调制比m与调制比给定值m*的差值e_m生成)，从而增加直流母线电压的给定值，抑制了调制比m的饱和，因此提高了网侧变流器的可控性，保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行。

实际上，本发明实施例通过提高网侧变流器的可控性，实现了提高变流器的高电压穿越的能力。

图1中，L为所述网侧变流器的负载电感。本发明实施例中的网侧变流器可以是风力发电系统，也可以是光伏发电系统中的网侧变流器。

在本发明实施例中，所述系统还可以包括控制单元，则所述调制比给定值m*、以及直流母线电压参考值Vdc^*均由所述控制单元提供。所述控制单元具体可以为DSP(数字信号处理)控制器、单片机、ARM等。并且调制比m也可以由所述控制单元计算得到。

在本发明实施例中，所述调制比m根据矢量脉宽调制单元的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，实际上，调制比m可以为

$m=\frac{V_1}{V_s}$

其中，V1为矢量脉宽调制单元的参考电压，V_s为六阶梯波脉宽调制状态输出的电压基波峰值，并且有

$V_S=\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}$

其中Vdc为直流母线电压。因此可以得到下式：

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

当电网电压正常时，参考电压V1的幅值位于矢量脉宽调制单元109的调制六边形内切圆内部，矢量脉宽调制单元109的电压输出值在角度和幅值上均连续，此时矢量脉宽调制单元109处于线性调制状态。当参考电压V1的幅值为调制六边形内切圆的半径时，参考电压V1的幅值在线性调制状态下达到最大，此时有：

$V_1=\frac{\sqrt{3}}{3}{V}_{\mathrm{dc}}$

因此可以得到在矢量脉宽调制单元109在线性调制范围内时，调制度m＜0.907。也就是说，此时第一设定区间为调制比m＜0.907，因此第二设定区间为m＞0.907。

在本发明实施例中，调制生成单元108根据第二减法器106的运算结果e_dc生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值i_q ^*，并根据所述q轴电流给定值i_q ^*、两相旋转坐标系下的q轴电流i_q、d轴电流i_d和d轴电流给定值i_d ^*生成矢量脉宽调制单元109的参考电压V1。具体地，如图1所示，调制生成单元108包括：第四调节器1081、第四减法器1082、第一变换器1083、第五减法器1084、第五调节器1085和第二变换器1086。

第四调节器1081用于根据第二减法器106的运算结果e_dc生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值i_q ^*，并将所述q轴电流给定值i_q ^*输出至第四减法器1082。所述第四调节器可以为PI调节器，第四调节器1081使得Vdc无静差地跟随直流母线电压的给定值Vdc^* ₂。

第一变换器1083用于根据电网电压空间矢量的电角度θ，将三相电网电流i_a、i_b和i_c变换到两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q，所述q轴电流i_q输出至第四减法器1082，所述d轴电流i_d至第五减法器1084。其中，所述电角度θ可以由锁相环得到。其中，两相旋转坐标系下的d轴电流i_d也称为感性无功电流。

第四减法器1082用于对所述q轴电流给定值i_q ^*和q轴电流i_q作减法运算，并将运算结果e_q输出至第五调节器1085。

第五减法器1084用于对d轴电流给定值i_d ^*和d轴电流i_d作减法运算，并将运算结果e_d输出至第五调节器1085。

所述第五调节器1085根据所述第四减法器1082和第五减法器1084的运算结果生成两相旋转坐标系下的直流量调制度m_q和m_d，并将所述直流量调度值m_q和m_d输出至第二变换器1086。其中第五调节器1085可以为PI调节器，第五调节器1085使得q轴电流i_q无静差地跟随q轴电流给定值i_q ^*，并且d轴电流i_d无静差地跟随d轴电流给定值i_q ^*。

第二变换器1086用于将直流量调度值m_q和m_d变换为两相静止坐标系下的交流量，并将该交流量作为矢量脉宽调制单元109的参考电压V1输出至矢量脉宽调制单元109。

下面进一步根据当调制比m在第一设定区间和第二设定区间时，各个处于工作状态的器件的具体连接情况，对本实施例作详细说明。

如图2所示，在本实施例中，当调制比m在第一设定区间时，第一切换开关104的输出端连通第二输入端，因此，直流母线电压的参考值Vdc^*通过第一切换开关输出至直流电压限定单元105，直流电压限定单元105将限定后的电压Vdc^* ₂输出至第二减法器106，第二减法器106将减法运算结果e_dc输出至第四调节器1081，第四调节器1081根据运算结果e_dc，生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值i_q ^*，并将所述q轴电流给定值i_q ^*输出至第四减法器1082。第四减法器根据q轴电流给定值i_q ^*和q轴电流i_q作减法运算，并将运算结果e_q输出至第五调节器1085。第五减法器1084对d轴电流给定值i_d ^*和d轴电流i_d作减法运算，并将运算结果e_d输出至第五调节器1085。第五调节器1085根据第四减法器1082和第五减法器1084的运算结果生成两相旋转坐标系下的直流量调制度m_q和m_d，并将直流量调度值m_q和m_d输出至第二变换器1086。第二变换器1086用于将直流量调度值m_q和m_d变换为两相静止坐标系下的交流量，并将该交流量作为矢量脉宽调制单元109的参考电压V1输出至矢量脉宽调制单元109。

可见，在图2中，当调制比m在第一设定区间时，生成V1时所需要的直流母线电压给定值由对直流母线电压的参考值Vdc^*限定后得到。

如图3所示，在本实施例中，当调制比m在第二设定区间时，第一切换开关104的输出端连通第一输入端，因此，电压增量ΔVdc^*与直流母线电压的参考值Vdc^*之和通过第一切换开关输出至直流电压限定单元105，其中，电压增量ΔVdc^*由第一调节器102根据调制比m和所述调制比m的给定值m*的差值计算得到。而其余生成参考电压V1的步骤与图2相关步骤相同，不再赘述。

可见，在图3中，当调制比m在第二设定区间时，生成V1时所需要的直流母线电压给定值由对电压增量ΔVdc^*与直流母线电压的参考值Vdc^*之和限定后得到。因此，在本实施例中，通过在第二设定区间时，增加直流母线电压的给定值，抑制了调制比m的饱和，因此提高了网侧变流器的可控性。

但是，直流电压限定单元105限定该给定值在直流电压限定范围内，也就是说，并不能一直无限制的增加直流母线电压的给定值而提高可控性。因此，在下面的实施例中，实现了在直流母线电压的给定值达到直流电压限定范围的极限时，通过增加感性无功电流的给定值，进一步提高了网侧变流器的可控性。

请参阅图4，本发明还提供了网侧变流器控制系统的另一具体实施例，在本实施例中，所述系统包括第一减法器101、第一调节器102、第一加法器103、第一切换开关104、直流电压限定单元105、第二减法器106、切换控制单元107、调制生成单元108和矢量脉宽调制单元109、第三减法器401、第二调节器402、存储单元403、第二加法器404、第三调节器405和第二切换开关406。其中，第一切换开关104具有第一输入端、第二输入端和输出端。第二切换开关406具有第一输入端、第二输入端和输出端。

第三减法器401用于对网侧变流器的感性无功功率Q和感性无功功率的给定值Q*进行减法运算，并将运算结果e_Q输出至第二调节器402。

第二调节器402根据第三减法器401的运算结果e_Q生成两相旋转坐标系下的d轴电流参考值i_d′，并将所述d轴电流参考值i_d′输出至第二切换开关406的第一输入端1′。第二调节器使得感性无功功率Q无静差地跟随感性无功功率给定值Q^*。

存储单元403用于存储第二切换开关406切换前第二调节器402的瞬时输出值，存储单元403的输出端连接第二加法器404。由于第二切换开关在切换时会对第二调节器的输出电流造成突变，因此这里通过存储单元锁定开关动作前的瞬时输出值避免该突变影响。

第一减法器101用于对调制比m和所述调制比m的给定值m*做减法运算，并将运算结果e_m输出至第一调节器102和第三调节器405。

第三调节器405用于根据第一减法器101的运算结果e_m生成电流增量Δi_d ^*，并将所述电流增量Δi_d ^*输出至第二加法器404。

第二加法器404用于对存储单元403的输出值和电流增量Δi_d ^*做加法运算，并将运算结果输出至第二切换开关406的第二输入端2′。

第二切换单元406的输出值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_q ^*，通过第二切换单元406的输出端输出至调制生成单元108。

切换控制单元107用于在调制比m在第一设定区间时，控制第一切换开关104的输出端连通第二输入端2并且控制第二切换开关406的输出端连接第一输入端1′，调制比m在第二设定区间时，控制第一切换开关104的输出端连通第一输入端1并且控制第二切换开关406的输出端连通第一输入端1′，所述调制比在第三设定区间时，控制所述控制第一切换开关104的输出端连通第一输入端1，并且控制第二切换开关406的输出端连通第二输入端2′。相比于第二设定区间，在第三设定区间时，电网电压暂态提升幅度加大。

第一调节器102、第一加法器103、第一切换开关104、直流电压限定单元105，第二减法器106、调制生成单元108以及矢量脉宽调制单元109与图1所示的实施例的连接关系和功能完全一致，因此这里不再赘述。

可以看出，在本实施例中，当调制比m在第三设定区间时，相比于第二设定区间，电网电压暂态提升幅度加大，因此通过设置第一切换开关和第二切换开关，使得限定后的直流母线电压参考值Vdc^*与电压增量ΔVdc^*的相加之和作为直流母线电压的给定值，并且同时使得电流增量Δi_d ^*与第二切换开关406切换前第二调节器输出的d轴电流的参考值i_d′的相加之和作为d轴电流的给定值i_d ^*。也就是说，本实施例在增加了直流母线电压的基础上，还增加了d轴电流给定值i_d ^*，即感性无功电流的给定值，因此进一步抑制了调制比m的饱和，进一步提高了网侧变流器的可控性，保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行。

在本发明实施例中，所述系统还可以包括控制单元，则所述调制比给定值m*、直流母线电压参考值Vdc^*、以及感性无功功率给定值Q^*均由所述、控制单元提供。所述存储单元403可以为所述控制单元的存储器。所述控制单元具体可以为DSP(数字信号处理)控制器、单片机、ARM等。并且调制比m也可以由所述控制单元计算得到。

在本实施例中，所述调制比m可以采用下式：

$m=\frac{V_1}{V_S}$

此时，设置m在第三设定区间时，电压矢量V1的轨迹在完全超出正六边形矢量脉宽调制单元109的调制正六边形外接圆。由于当电压矢量V1的轨迹为矢量脉宽调制单元109的调制正六边形外接圆时，m＝0.952，因此，所述第三设定区间为m＞0.952，并且所述第二设定区间为0.907＜m＜0.952，并且在第二设定区间时，参考电压V1的轨迹部分在正六边形内部，部分在正六边形外部。

本发明实施例中的第二调节器、第三调节器、第四调节器以及第五调节器均可以为P(比例)调节器、PI(比例-积分)调节器、或者PID(比例-积分-微分)调节器中的任一调节器。

如图5所示，在本实施例中，当调制比m在第三设定区间时，第一切换开关104的输出端连通第一输入端并且第二切换开关406的输出端连通第二输入端，因此，电压增量ΔVdc^*与直流母线电压的参考值Vdc^*之和通过第一切换开关输出至直流电压限定单元105，其中，电压增量ΔVdc^*由第一调节器102根据调制比m和所述调制比m的给定值m*的差值计算得到。电流增量Δi_d ^*与第二切换开关在切换前一瞬间的电流参考值i_d′之和作为d轴电流给定值i_d ^*，输出至第五减法器1084，其中，电流增量Δi_d ^*由第三调节器405根据调制比m和所述调制比m的给定值m*的差值计算得到。而其余生成参考电压V1的步骤与图2相关步骤相同，不再赘述。

可见，在图5中，当调制比m在第三设定区间时，生成V1时所需要的直流母线电压给定值由电压增量ΔVdc^*与直流母线电压的参考值Vdc^*之和限定后得到，生成V1时所需要的d轴电流给定值i_d ^*由电流增量Δi_d ^*与d轴电流的参考值i_d′之和得到。因此，在本实施例中，通过在第三设定区间时，增加直流母线电压的给定值，并同时增加感性无功电流的给定值，进一步抑制了调制比m的饱和，因此进一步提高了网侧变流器的可控性。

如图6所示，可以通过第三变换器602和无功功率计算单元603计算本实施例中的感性无功功率Q。

此时，所述系统还包括第三变换器602和无功功率计算单元603。

第三变换器602用于根据电网电压空间矢量的电角度θ，将三相电网电压e_a、e_b、e_c从三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系下的d轴电压v_d和q轴电压v_q，并将d轴电压v_d和q轴电压v_q输出至无功功率计算单元603。

无功功率计算单元603用于根据d轴电压v_d和q轴电压v_q以及两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q，计算网侧变流器的感性无功功率Q，并将所述感性无功功率Q输出至第三减法器401。其中，两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q可以由第一变换器1083提供。感性无功功率Q具体通过下式计算得到：

$Q=\frac{3}{2}(v_d{i}_q-v_q{i}_d)$

如图6所示，电网电压空间矢量的电角度θ具体可以由锁相环计算，此时所述系统还包括锁相环601，锁相环601用于根据三相电网电压e_a、e_b、e_c计算电网电压空间矢量的电角度θ。

请参阅图7，本发明还提供了网侧变流器控制方法的一具体实施例，所述方法包括：

S701：当调制比在第一设定区间时，此时电网电压值正常，执行S702，当调制比在第二设定区间时，此时电网电压发生暂态提升，执行S703。

S702：将直流母线电压参考值Vdc^*限定在直流电压限定范围内，之后执行S704。

S703：将电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和限定在直流电压限定范围内，之后执行S704。

S704：将限定后的电压作为直流母线电压的给定值，根据该给定值与直流母线电压Vdc^*的差值生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值i_q ^*，并根据所述q轴电流给定值i_q ^*、两相旋转坐标系下的q轴电流i_q、d轴电流i_d和d轴电流给定值i_d ^*生成矢量脉宽调制单元的参考电压V1。

S705：矢量脉宽调制单元根据所述参考电压V1对网侧变流器的开关器件进行开关控制。

其中，所述调制比m根据矢量脉宽调制单元的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，因此，所述调制比m能够反映电网电压值。

电压增量ΔVdc^*根据调制比给定值m*与调制比m的差值e_m生成。

通过上述技术方案可知，本实施例中，调制比m根据矢量脉宽调制单元的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，因此能够反映电网电压值。当调制比m在第一设定区间时，使得限定后的直流母线电压参考值Vdc*作为直流母线电压的给定值，而当调制比m在第二设定区间时，判断出电网电压暂态提升，使得限定后的直流母线电压参考值Vdc^*与电压增量ΔVdc^*的相加之和作为直流母线电压的给定值(其中，电压增量ΔVdc^*根据调制比m与调制比给定值m*的差值e_m生成)，从而增加直流母线电压的给定值，抑制了调制比m的饱和，因此提高了网侧变流器的可控性，保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行。

实际上，本发明实施例通过提高网侧变流器的可控性，实现了提高变流器的高电压穿越的能力。

具体地，在本实施例中，可以通过第一切换开关来实现切换控制：第一切换开关的第一输入端连接电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和，第一切换开关的第二输入端连接直流母线电压参考值Vdc^*，第一切换开关的输出端连接直流电压限定单元；直流电压限定单元将其输入电压限定在直流电压限定范围。

则步骤S702中的所述将直流母线电压参考值Vdc^*限定在直流电压限定范围内具体为：控制第一切换开关的输出端连通第二输入端。

则S703中的所述将电压增量与直流母线电压参考值之和限定在直流电压限定范围内具体为：控制第一切换开关的输出端连通第一输入端。

在本发明实施例中，所述调制比m根据矢量脉宽调制单元的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，实际上，调制比m可以为

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

其中，所述V₁为矢量脉宽调制单元的参考电压；所述V_dc为直流母线电压，此时所述第一设定区间为m＜0.907，所述第二设定区间为m＞0.907。

请参阅图8，本发明还提供了网侧变流器控制方法的另一具体实施例，所述方法包括：

S801：当调制比m在第一设定区间时，此时电网电压值正常，执行S802，当调制比m在第二设定区间时，此时电网电压发生暂态提升，执行S803，当调制比m在第三设定区间时，此时电网电压暂态提升幅度进一步加大，此时执行S804。

S802：将直流母线电压参考值Vdc^*限定在直流电压限定范围内，并且将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_d ^*，之后执行S805。

S803：将电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和限定在直流电压限定范围内，并且将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_d ^*，之后执行S805。

S804：将电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和限定在直流电压限定范围内，并且将d轴电流参考值i_d ^*与电流增量Δi_d ^*之和作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_d ^*，之后执行S805。

S805：将限定后的电压作为直流母线电压的给定值，根据该给定值与直流母线电压Vdc^*的差值生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值i_q ^*，并根据所述q轴电流给定值i_q ^*、两相旋转坐标系下的q轴电流i_q、d轴电流i_d和d轴电流给定值i_d ^*生成矢量脉宽调制单元的参考电压V1。

S806：矢量脉宽调制单元根据所述参考电压V1对网侧变流器的开关器件进行开关控制。

其中，所述调制比m根据矢量脉宽调制单元的参考电压V1和直流母线电压Vdc得到，因此，所述调制比m能够反映电网电压值。

电压增量ΔVdc^*根据调制比给定值m*与调制比m的差值e_m得到。电流增量Δi_d ^*根据调制比给定值m*与调制比m的差值e_m得到。

d轴电流参考值根据感性无功功率Q和感性无功功率的给定值Qw的差值得到。

可以看出，在本实施例中，当调制比m在第三设定区间时，相比于第二设定区间，电网电压暂态提升幅度加大，因此使得限定后的直流母线电压参考值Vdc^*与电压增量ΔVdc^*的相加之和作为直流母线电压的给定值，并且同时使得电流增量Δi_d ^*与d轴电流的参考值的相加之和作为d轴电流的给定值i_d ^*。也就是说，本实施例在增加了直流母线电压的基础上，还增加了d轴电流给定值i_d ^*，即感性无功电流的给定值，因此进一步抑制了调制比m的饱和，进一步提高了网侧变流器的可控性，保证变流器在电压暂态抬升下能够稳定并网运行。

具体地，在本实施例中，可以通过第一切换开关和第二切换开关来实现切换控制：

第一切换开关的第一输入端连接电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和，第一切换开关的第二输入端连接直流母线电压参考值Vdc^*，第一切换开关的输出端连接直流电压限定单元；直流电压限定单元将其输入电压限定在直流电压限定范围。

第二切换开关的第一输入端连接d轴电流参考值，第二切换开关的第二输入端连接存储单元的输出值与电流增量之和，第二切换开关的输出信号作为d轴电流给定值；所述存储单元存储第二切换开关切换前瞬间的d轴电流参考值。

则步骤S803中的所述将直流母线电压参考值Vdc^*限定在直流电压限定范围内，并且将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_d ^*具体为：控制第一切换开关的输出端连接第一切换开关的第二输入端，并且控制第二切换开关的输出端连接第二切换开关的第一输入端。

则步骤S803中的所述将电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和限定在直流电压限定范围内，并且将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_d ^*具体为：控制第一切换开关的输出端连接第一切换开关的第一输入端，并且控制第二切换开关的输出端连接第二切换开关的第一输入端。

则步骤S804中的所述将电压增量ΔVdc^*与直流母线电压参考值Vdc^*之和限定在直流电压限定范围内，并且将d轴电流参考值i_d ^*与电流增量Δi_d ^*之和作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i_d ^*具体为：控制第一切换开关的输出端连接第一切换开关的第一输入端，并且控制第二切换开关的输出端连接第二切换开关的第二输入端。

调制比m可以为：

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

其中，所述V₁为矢量脉宽调制单元的参考电压；所述V_dc为直流母线电压，所述第一设定区间为m＜0.907，第二设定区间为0.907＜m＜0.952，第三设定区间为m＞0.952。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种网侧变流器控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当调制比在第一设定区间时，将直流母线电压参考值限定在直流电压限定范围内，所述调制比在第二设定区间时，将电压增量与直流母线电压参考值之和限定在直流电压限定范围内；

将限定后的电压作为直流母线电压的给定值，根据该给定值与直流母线电压的差值生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值，并根据所述q轴电流给定值、两相旋转坐标系下的q轴电流、d轴电流和d轴电流给定值生成矢量脉宽调制单元的参考电压；

矢量脉宽调制单元根据所述参考电压对网侧变流器的开关器件进行开关控制；

其中，所述调制比根据矢量脉宽调制单元的参考电压和直流母线电压得到，电压增量根据调制比给定值与所述调制比的差值得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一切换开关的第一输入端连接电压增量与直流母线电压参考值之和，第一切换开关的第二输入端连接直流母线电压参考值，第一切换开关的输出端连接直流电压限定单元；直流电压限定单元将其输入电压限定在直流电压限定范围；

则所述将直流母线电压参考值限定在直流电压限定范围内具体为：控制第一切换开关的输出端连通第二输入端；

所述将电压增量与直流母线电压参考值之和限定在直流电压限定范围内具体为：控制第一切换开关的输出端连通第一输入端。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

当调制比在第一设定区间或第二设定区间时，将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值；当调制比在第三设定区间时，将d轴电流参考值与电流增量之和作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值；

其中，d轴电流参考值根据感性无功功率和感性无功功率的给定值的差值得到，所述电流增量根据调制比给定值与所述调制比的差值得到。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第二切换开关的第一输入端连接d轴电流参考值，第二切换开关的第二输入端连接存储单元的输出值与电流增量之和，第二切换开关的输出信号作为d轴电流给定值；所述存储单元存储第二切换开关切换前瞬间的d轴电流参考值；

则所述将d轴电流参考值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值具体为：控制第二切换开关的输出端连通第一输入端；

所述将d轴电流参考值与电流增量之和作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值具体为：控制第二切换开关的输出端连通第二输入端。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述调制比m为：

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

其中，所述V₁为矢量脉宽调制单元的参考电压；所述V_dc为直流母线电压，所述第一设定区间为m＜0.907，所述第二设定区间为0.907＜m＜0.952，所述第三设定区间为m＞0.952。

6.一种网侧变流器控制系统，其特征在于，所述系统包括第一减法器、第一调节器、第一加法器、第一切换开关、直流电压限定单元、第二减法器、切换控制单元、矢量脉宽调制单元和调制生成单元；

所述第一减法器用于对调制比和所述调制比给定值做减法运算，并将运算结果输出至第一调节器；所述调制比根据矢量脉宽调制单元的参考电压和直流母线电压得到；

所述第一调节器根据第一减法器的运算结果生成电压增量，并将所述电压增量输出至第一加法器；

第一加法器对所述电压增量和直流母线电压参考值做加法运算，并将运算结果输出至第一切换开关的第一输入端；所述第一切换开关的第二输入端输入所述直流母线电压参考值；

所述第一切换开关的输出端连接直流电压限定单元；所述直流电压限定单元用于将输入电压限定在直流电压限定范围内，并将限定后的电压输出至第二减法器；

所述切换控制单元用于在所述调制比在第一设定区间时，控制所述第一切换开关的输出端连通第二输入端，所述调制比在第二设定区间时，控制所述第一切换开关的输出端连通第一输入端；

所述第二减法器对所述限定后的电压和直流母线电压做减法运算后，将运算结果输出至调制生成单元；

所述调制生成单元根据所述第二减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值，并根据所述q轴电流给定值、两相旋转坐标系下的q轴电流、d轴电流和d轴电流给定值生成矢量脉宽调制单元的参考电压；

所述矢量脉宽调制单元根据所述参考电压对网侧变流器的开关器件进行开关控制。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第三减法器、第二调节器、第三调节器、存储单元、第二加法器和第二切换开关；

所述第三减法器用于对网侧变流器的感性无功功率和所述感性无功功率的给定值进行减法运算，并将运算结果输出至第二调节器；

所述第二调节器根据第三减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的d轴电流参考值，并将所述d轴电流参考值输出至第二切换开关的第一输入端；

所述存储单元用于存储所述第二切换开关切换前第二调节器的瞬时输出值，所述存储单元输出端连接第二加法器；

第三调节器用于根据第一减法器的运算结果生成电流增量，并将所述电流增量输出至第二加法器；

所述第二加法器用于对所述存储单元的输出值和所述电流增量做加法运算，并将运算结果输出至第二切换开关的第二输入端；

所述第二切换单元的输出值作为两相旋转坐标系下的d轴电流给定值，通过第二切换单元的输出端输出至调制生成单元；

所述切换控制单元还用于在所述调制比在第一设定区间或第二设定区间时，控制所述第二切换开关的输出端连通第一输入端，所述调制比在第三设定区间时，控制所述第一切换开关的输出端连通第一输入端并且控制所述第二切换开关的输出端连通第二输入端。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述调制比m为：

$m=V_1/\left(\frac{2}{\mathrm{\π}}{V}_{\mathrm{dc}}\right)$

其中，所述V₁为矢量脉宽调制单元的参考电压；所述V_dc为直流母线电压，所述第一设定区间为m＜0.907，所述第二设定区间为0.907＜m＜0.952，所述第三设定区间为m＞0.952。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第三变换器和无功功率计算单元；

所述第三变换器用于根据电网电压空间矢量的电角度，将三相电网电压从三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系下的d轴电压和q轴电压，并将d轴电压和q轴电压输出至无功功率计算单元；

所述无功功率计算单元用于根据所述d轴电压和q轴电压以及两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，计算网侧变流器的感性无功功率，并将所述感性无功功率输出至第三减法器。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述调制生成单元包括：第四调节器、第五调节器、第四减法器、第五减法器、第一变换器和第二变换器；

所述第四调节器用于根据第二减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的q轴电流给定值，并将所述q轴电流给定值输出至第四减法器；

所述第一变换器用于根据电网电压空间矢量的电角度，将三相电网电流变换到两相旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流，所述q轴电流输出至第四减法器，所述d轴电流输出至第五减法器；

所述第四减法器用于对所述q轴电流给定值和q轴电流作减法运算，并将运算结果输出至第五调节器；

所述第五减法器用于对d轴电流给定值和d轴电流作减法运算，并将运算结果输出至第五调节器；

所述第五调节器根据所述第四减法器和第五减法器的运算结果生成两相旋转坐标系下的直流量调制度，并将所述直流量调度值输出至所述第二变换器；

所述第二变换器用于将直流量调度值变换为两相静止坐标系下的交流量作为矢量脉宽调制单元的参考电压输出至矢量脉宽调制单元。

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