CN107749714A - 一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法 - Google Patents

一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法 Download PDF

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Abstract

一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法，以低压侧电池电流为控制量，将低压侧电池电流与电池电流给定值比较的差值送入PI调节器进行控制，PI调节器输出未均流的调制电压。再根据三相电流的偏差量及偏差方向相应调整输出三相调制电压，以经三相移相载波后输出调制波控制功率单元开关管动作，以此达到三相交错并联双向DC/DC变换器三相均流控制的目的。

Description

一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法
技术领域
本发明涉及一种三相交错并联双向直流变换器的均流控制方法。
背景技术
三相交错并联双向直流变换器作为储能系统的关键部件，起到了连接电池和PCS的功能。其主要功能是实现电池的充放电，能量的双向流动和控制直流母线电压。
与单级式储能变流器相比，带有三相交错并联双向直流变换器的双级式储能变流器具有直流侧电压可控，电池电压可选范围较大，低压侧纹波电流较小，开关管电流应力较小，功率密度高等优点。
然而三相交错并联双向直流变换器中存在三相电流不平衡的问题，此时三相电流不平衡会导致变换器出现接地故障，同时会引入较大的谐波，使得器件发热，影响电能质量，降低系统效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有三相交错并联双向DC/DC变换器存在的三相电流均流问题，提出一种用于适用于三相交错并联双向DC/DC变换器的均流控制方法。
本发明所述三相均流控制方法以低压侧电池电流为控制量，将低压侧电池电流与电池电流给定值比较的差值送入PI调节器进行控制，PI调节器输出未均流的调制电压，再根据三相电流的偏差量及偏差方向相应调整输出的三相调制电压，经三相移相载波后输出调制波控制功率单元开关管动作。以此达到三相交错并联双向DC/DC变换器三相均流控制的目的。
本发明所述的均流控制方法应用于三相交错并联双向DC/DC变换器。应用本发明的三相交错并联双向DC/DC变换器包括：直流母线电压源、高压侧直流滤波电容、三相桥式功率单元、三相滤波电感、线路感抗、低压侧直流滤波电容及储能蓄电池电压源。所述的直流母线电压源的正、负极分别连接在高压侧直流滤波电容两侧，充电完成后高压侧直流滤波电容上的电压幅值为Udc；高压侧直流滤波电容的后级接功率单元；三相桥式功率单元的后级连接三相滤波电感，三相滤波电感的后级连接线路感抗和低压侧直流滤波电容；低压侧直流滤波电容的后级连接储能蓄电池电压源。
本发明的具体实施步骤如下所述：
步骤1、对三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧电池电流进行采样，将采样得到的电池电流idc与电池电流给定值idc *比较，得到电池电流偏差值Δidc，如公式(1)所示；
步骤2、通过PI调节器对电池电流偏差值Δidc进行控制，将电池电流偏差值Δidc调节为0，即电池电流idc追随其电池电流给定值idc *，PI调节器输出未经均流的调制电压Ubat；
步骤3、对三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧三相电流进行采样，并计算出三相电流的平均值iave，如公式(2)所示；将三相电流的平均值iave分别与三相电流ik进行比较，得到三相电流偏差值Δik，如公式(3)所示，其中，k为相序，k＝a,b,c；
iave＝(ia+ib+ic)/3 (2)；
△ik＝iave-ik (3)；
上述式(2)中，ia、 ic分别为三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧A相、B相、C相电流；
步骤4、通过PI调节器对电池电流偏差值Δik进行调节，得到三相电流补偿量的补偿方向和三相电流补偿量的分配比Rk，三相电流补偿量的分配比如公式(4)所示；三相电流补偿量的补偿方向由三相电流偏差值Δik的方向决定；
Rk＝(kP+ki/s)·△ik (4)
式中，Rk为k相电流补偿量的分配比；
kp为PI调节器比例系数；
ki为PI调节器比例系数；
步骤5、对PI调节器输出的未经均流的调制电压Ubat进行补偿均流控制，即在Ubat的基础上分别加上三相电流补偿量的分配比Rk，输出均流控制后的三相调制电压Ubatk，如公式(5)所示；
Ubatk＝Ubat+Rk (5)；
步骤6、将经过均流控制后输出的三相调制电压Ubatk分别与三相相位相差120°幅值相同的三角载波进行比较，输出三相脉冲波形驱动开关管的动作，从而使得电池三相交错并联DC/DC变换器输出稳定的直流电压，同时三相电流能够保持平衡。
本发明的效果：
1、本发明以低压侧电流为控制对象，对三相交错并联双向DC/DC变换器的输出电流的跟随性进行控制，又采用三个协控制器对三相电流进行均流控制，使得三相输出电流幅值形同，减小谐波。
2、本发明所述的均流控制方法的控制对象为低压侧电池电流，而低压侧直流电流的纹波要明显小于三相功率单元电流的纹波，因此与采用三个调节器分别控制三相电流输出电流实现均流的方法相比，本发明所述的均流控制方法的调节器的带宽要更大，具有更好的快速性。
3、本发明所述的均流控制方法中三个协调节器的存在能够根据三相电流的当前情况实时补偿电流偏差量，保证三相电流控制的稳定性。
附图说明
图1为三相交错并联双向DC/DC变换器均流控制方法示意图；
图2为三相交错并联双向DC/DC变换器硬件拓扑图；
图3为未采用三相交错并联双向DC/DC变换器均流控制方法的直流电流仿真图，其中图b为图a中某一段时间的放大图；
图4为三相交错并联双向DC/DC变换器均流控制方法后的直流电流仿真图，其中图b为图a中某一段时间的放大图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
应用本发明的三相交错并联双向DC/DC变换器的结构如图1所示，包括：直流母线电压源Uh、高压侧直流滤波电容Ch、三相桥式功率单元、三相滤波电感Lk、线路感抗Lf、低压侧直流滤波电容Cl及储能蓄电池电压源Ul。所述的直流母线电压源Uh的正、负极分别连接在高压侧直流滤波电容Ch两侧，充电完成后高压侧直流滤波电容Ch上的电压幅值为Udc；高压侧直流滤波电容Ch的后级接三相桥式功率单元；三相桥式功率单元的后级连接三相滤波电感Lk，三相滤波电感Lk的后级连接线路感抗Lf和低压侧直流滤波电容Cl；低压侧直流滤波电容Cl的后级连接储能蓄电池电压源Ul。
本发明一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法的具体步骤如下：
步骤1、对三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧电池电流进行采样，将采样得到的电池电流idc与电池电流给定值idc *比较，得到电池电流偏差值Δidc，如公式(1)所示；
步骤2、通过PI调节器对电池电流偏差值Δidc进行控制，将电池电流偏差值Δidc调节为0，即电池电流idc追随其电池电流给定值idc *，PI调节器输出未经均流的调制电压Ubat；
步骤3、对三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧三相电流采样，并计算出三相电流的平均值iave，如公式(2)所示；将三相电流的平均值iave分别与三相电流ik进行比较，得到三相电流偏差值Δik，如公式(3)所示，其中，k为相序，k＝a,b,c；
iave＝(ia+ib+ic)/3 (2)；
△ik＝iave-ik (3)；
上述式(2)中，ia、 ic分别为三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧A相、B相、C相电流；
步骤4、通过PI调节器对电池电流偏差值Δik进行调节，得到三相电流补偿量的补偿方向和三相电流补偿量的分配比Rk，三相电流补偿量的分配比如公式(4)所示；三相电流补偿量的补偿方向由三相电流偏差值Δik的方向决定；
Rk＝(kP+ki/s)·△ik (4)
式中，Rk为k相电流补偿量的分配比；
kp为PI调节器比例系数；
ki为PI调节器比例系数；
步骤5、对PI调节器输出的未经均流的调制电压Ubat进行补偿均流控制，即在Ubat的基础上分别加上三相电流补偿量的分配比Rk，输出均流控制后的三相调制电压Ubatk，如公式(5)所示；
Ubatk＝Ubat+Rk (5)；
步骤6、将经过均流控制后输出的三相调制电压Ubatk分别与三相相位相差120°幅值相同的三角载波进行比较输出三相脉冲波形驱动开关管的动作，从而使得电池三相交错并联DC/DC变换器输出稳定的直流电压，同时三相电流能够保持平衡。
本发明以以低压侧电池电流为被控量经过PI调节器控制，输出调制电压再根据三相电流的偏差量及偏差方向相应调整输出三相调制电压，控制功率单元开关管动作。以此达到三相交错并联双向DC/DC变换器三相均流控制的目的，使得三相输出电流幅值相同，减小谐波。由于本发明所述的均流控制方法的控制对象为低压侧电池电流，而低压侧直流电流的纹波要明显小于三相功率单元电流的纹波，因此与采用三个调节器分别控制三相电流输出电流实现均流的方法相比，本发明所述的均流控制方法的调节器的带宽要更大，具有更好的快速性。三个协调节器的存在能够根据三相电流的当前情况实时补偿电流偏差量，保证三相电流控制的稳定性。

Claims (2)

1.一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法，所述的三相交错双向直流变换器包括直流母线电压源Uh、高压侧直流滤波电容Ch、三相桥式功率单元、三相滤波电感Lk、线路感抗Lf、低压侧直流滤波电容Cl及储能蓄电池电压源Ul；所述的直流母线电压源Uh的正极、负极分别连接在高压侧直流滤波电容Ch两侧，充电完成后高压侧直流滤波电容Ch上的电压幅值为Udc；高压侧直流滤波电容Ch的后级接三相桥式功率单元；三相桥式功率单元的后级连接三相滤波电感Lk，三相滤波电感Lk的后级连接线路感抗Lf和低压侧直流滤波电容Cl；低压侧直流滤波电容Cl的后级连接储能蓄电池电压源Ul，其特征在于：对所述的三相交错并联双向直流变换器均流控制方法是以低压侧电池电流为控制量，将低压侧电池电流与电池电流给定值比较的差值送入PI调节器进行控制，PI调节器输出未均流的调制电压，再根据三相电流的偏差量及偏差方向相应调整输出的三相调制电压，经三相移相载波后输出调制波，控制功率单元开关管的动作。
2.按照权利要求1所述的一种三相交错并联双向直流变换器均流控制方法，其特征在于：所述控制方法的步骤如下：
步骤1、对三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧电池电流进行采样，将采样得到的电池电流idc与电池电流给定值idc *比较，得到电池电流偏差值Δidc，如公式(1)所示；
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
步骤2、通过PI调节器对电池电流偏差值Δidc进行控制，将电池电流偏差值Δidc调节为0，即电池电流idc追随其电池电流给定值idc *，PI调节器输出未经均流的调制电压Ubat；
步骤3、对三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧三相电流进行采样，并计算出三相电流的平均值iave，如公式(2)所示；将三相电流的平均值iave分别与三相电流ik比较，得到三相电流偏差值Δik，如公式(3)所示，其中，k为相序，k＝a,b,c；
iave＝(ia+ib+ic)/3 (2)；
△ik＝iave-ik (3)；
上述式(2)中，ia、ib、ic分别为三相交错并联双向DC/DC变换器低压侧A相、B相、C相电流；
步骤4、通过PI调节器对电池电流偏差值Δik进行调节，得到三相电流补偿量的补偿方向和三相电流补偿量的分配比Rk；三相电流补偿量的分配比如公式(4)所示；三相电流补偿量的补偿方向由三相电流偏差值Δik的方向决定；
Rk＝(kP+ki/s)·△ik (4)
式中，Rk为k相电流补偿量的分配比；
kp为PI调节器比例系数；
ki为PI调节器比例系数；
步骤5、对PI调节器输出的未经均流的调制电压Ubat进行补偿均流控制，即在Ubat的基础上分别加上三相电流补偿量的分配比Rk，输出均流控制后的三相调制电压Ubatk，如公式(5)所示；
Ubatk＝Ubat+Rk (5)；
步骤6、将经过均流控制后输出的三相调制电压Ubatk分别与三相相位相差120°幅值相同的三角载波进行比较输出三相脉冲波形驱动开关管的动作，从而使得电池三相交错并联DC/DC变换器输出稳定的直流电压，同时三相电流能够保持平衡。
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