CN107222121A - 一种双向功率变换器的自治运行控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于双向功率变换器控制策略领域，尤其涉及低压交直流混合微网中双向功率变换器的控制方法，具体为一种双向功率变换器的自治运行控制方法。该控制方法针对交直流混合微电网“源‑源”特点，基于低压微电网功率传输特性，以交直流子网实时负载率相同为目标设计了自治运行功率外环、解耦控制的电流内环，并将其应用到双向功率变换器数学模型之中对其进行控制，能够在保证交直流混合微电网内部功率自主平衡的同时，维持交直流子网母线电压始终在允许范围内运行，有效实现了低压交直流混合微电网的自治运行的功能。

Description

一种双向功率变换器的自治运行控制方法
技术领域
本发明属于双向功率变换器控制策略领域，尤其涉及低压交直流混合微网中双向功率变换器的控制方法，具体为一种双向功率变换器的自治运行控制方法。
背景技术
交直流混合微电网兼具交流微电网、直流微电网的优点，能够整合交直流性质的分布式能源和负荷，且一般应用于低压配电网场合，双向功率变换器是连接交直流混合微电网中交流子网与直流子网的桥梁，肩负着维持微电网电压稳定与功率平衡的重要任务，是交直流混合微电网能量控制的核心，其可以运行在整流或逆变模式，具有双向潮流控制能力。双向功率变换器结构叙述如下，包括LC输出滤波器、三相逆变桥、直流侧电容器。所述三相逆变桥电路，其与电网经过电感相连，滤波电容器一端与电感并联，另一端接N线，直流侧电容器与IGBT桥臂并联，所述的三相逆变桥电路由相互并联的三组IGBT桥臂构成，所述的IGBT桥臂由两个相互串联的IGBT构成，所述的IGBT由功率管和反并联的二极管构成，详细拓扑结构连接图如附图1所示。目前，针对双向功率变换器的控制方法主要来源于整流器或逆变器的控制技术，其中主要的3种方法是：一、电压电流双闭环控制法：能够实现直流电压稳定与能量双向流动，但传输功率不可控；二、恒功率控制法：恒功率控制允许直流电压有一定的波动，但传输功率值需要预先设定或借助通信网络实时更新、降低了微电网运行可靠性并增加了微电网的建设成本；三、VF控制方法：适用于微电网处于离网模式时恒频恒压控制，双向功率变换器运行于逆变模式，传输功率不可控。上述的控制方法未考虑到交直流混合微电网“源-源”特性与能量双向流动的需求，限制了双向功率变换器的配置灵活性。
发明内容
传统的变流器控制方法不能在无通讯网络的条件下实现潮流的双向控制、交直流混合微电网内部的功率自主平衡。本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双向功率变换器的自治运行控制方法。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种双向功率变换器的自治运行控制方法，包括以下步骤：
A、首先对交流子网A相电压Va、直流子网的母线电压有效值Vdc进行归一化处理，将二者量化为[-1，1]区间上的标量，分别为Vac.norm、Vdc.norm，然后对归一化之后的标量进行做差处理得到Vt，其中Vt＝Vac.norm-Vdc.norm，将所得结果Vt输入PI控制器，得到双向功率变换器需要传输的有功功率传输参考值Ptref；
B、通过PLL锁相环检测交流子网频率实际值f，将频率实际值f与频率目标值50Hz相减经积分1/s处理得到相位偏差信息δi，将δi输入PI控制器，得到双向功率变换器需要传输的无功功率传输参考值Qref；
C、将采集的交流子网三相电压值Va、Vb、Vc及三相电流值Ia、Ib、Ic进行abc-dq0转换，得到dq0轴下的电压分量Vd、Vq和电流分量Id、Iq，由步骤A、B中得到的有功功率传输参考值Ptref与无功功率传输参考值Qref，通过公示(1)、(2)得到电流内环dq轴的目标参考值Idref、Iqref；Idref＝2Ptref/(3Vd) (1)，Iqref＝2Qref/(3Vd) (2)；
D、将Idref、Iqref分别与dq轴电流分量Id、Iq做差将结果输入电流内环PI控制器，经电流内环解耦控制得到dq轴的输出电压参考值Vdref、Vqref，将所得到的输出电压参考值Vdref、Vqref进行dq0-abc变换，得到abc坐标系下的三相PWM脉宽调制信号输出。
通过以上控制实现了双向功率变换器能量双向流动的控制，通过采样母线电压波动与归一化计算，以交直流子网实时负载率相同为目标控制潮流的流向，使双向功率变换器能够自主维持交直流子网内部的有功功率平衡。此外，通过监测交流子网频率变化，通过控制双向功率变换器Vqref的大小，控制双向功率变换器输出无功功率的大小，实现对交流子网的无功支撑。
与传统的双向功率变换器控制方法相比，本发明所述的自治运行控制方法通过采样双向功率变换器接口处的电压频率信息完成双向潮流控制，无需额外通信控制，无需上层调度指令控制，能够满足低压微电网中即插即用及模块化设计的要求，交直流混合微电网自治运行的要求，使交直流子网母线电压稳定运行在允许范围内。
本发明通过控制双向功率变换器有效实现了低压交直流混合微电网的能量自主平衡。
附图说明
图1是本系统的主电路结构示意图。
图2是本发明的连接及控制示意图。
图3是本发明的详细控制原理图。
图4是双向功率变换器由逆变模式切换为整流模式波形图。
图5是双向功率变换器由整流模式切换为逆变模式波形图。
具体实施方式
一种双向功率变换器的自治运行控制方法，该方法是采用如下步骤实现的：
A、交、直流子网母线电压工作区间存在巨大差异，首先对交流子网A相电压、直流子网的母线电压有效值Va、Vdc进行归一化处理，将二者量化为[-1，1]区间上的标量，分别为Vac.norm、Vdc.norm，然后对归一化之后的标量进行做差处理得到Vt，其中Vt＝Vac.norm-Vdc.norm，将所得结果Vt输入PI控制器，得到双向功率变换器需要传输的有功功率传输参考值Ptref。
B、通过PLL锁相环检测交流子网频率实际值f、将f与频率目标值50Hz相减经积分1/s处理得到相位偏差信息δi，将δi输入PI控制器，得到双向功率变换器需要传输的无功功率传输参考值Qref。
C、将采集的交流子网三相电压值Va、Vb、Vc及三相电流值Ia、Ib、Ic进行abc-dq0转换，得到dq0轴下的电压分量Vd、Vq；电流分量Id、Iq。由步骤A、B中得到的有功功率传输参考值Ptref与无功功率传输参考值Qref，通过公示(1)、(2)得到电流内环dq轴的目标参考值Idref、Iqref。
Idref＝2Ptref/(3Vd) (1)
Iqref＝2Qref/(3Vd) (2)
D、将Idref、Iqref分别与dq轴电流分量Id、Iq做差将结果输入电流内环PI控制器，经电流内环解耦控制得到dq轴的输出电压参考值Vdref、Vqref，将所得到的输出电压参考值Vdref、Vqref进行dq0-abc变换，得到abc坐标系下的三相PWM脉宽调制信号输出。

Claims (1)

1.一种低压交直流混合微网中双向功率变换器的自治运行控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、交、直流子网母线电压工作区间存在巨大差异，首先对交流子网A相电压Va、直流子网的母线电压有效值Vdc进行归一化处理，将二者量化为[-1，1]区间上的标量，分别为Vac.norm、Vdc.norm，然后对归一化之后的标量进行做差处理得到Vt，其中Vt＝Vac.norm-Vdc.norm，将所得结果Vt输入PI控制器，得到双向功率变换器需要传输的有功功率传输参考值Ptref；
B、通过PLL锁相环检测交流子网频率实际值f，将频率实际值f与频率目标值50Hz相减经积分1/s处理得到相位偏差信息δi，将δi输入PI控制器，得到双向功率变换器需要传输的无功功率传输参考值Qref；
C、将采集的交流子网三相电压值Va、Vb、Vc及三相电流值Ia、Ib、Ic进行abc-dq0转换，得到dq0轴下的电压分量Vd、Vq和电流分量Id、Iq，由步骤A、B中得到的有功功率传输参考值Ptref与无功功率传输参考值Qref，通过公示(1)、(2)得到电流内环dq轴的目标参考值Idref、Iqref；
Idref＝2Ptref/(3Vd) (1)，
Iqref＝2Qref/(3Vd) (2)；
D、将Idref、Iqref分别与dq轴电流分量Id、Iq做差将结果输入电流内环PI控制器，经电流内环解耦控制得到dq轴的输出电压参考值Vdref、Vqref，将所得到的输出电压参考值Vdref、Vqref进行dq0-abc变换，得到abc坐标系下的三相PWM脉宽调制信号输出。
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