CN107968582B - 维也纳整流器的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种维也纳整流器的控制方法和装置，其中，方法包括：在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；如果所述电网电压和所述电网电流存在相位差，且所述电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的所述交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到电网电流与所述电网电压的相位相同。本发明提供的方案，能够在并网电压矢量和并网电流矢量有一定的相位差时，在电流切换点附近，避免执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

Description

维也纳整流器的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种维也纳整流器的控制方法和装置。

背景技术

传统的对维也纳整流器的控制，受可控元件少的限制，只能实现和电网电压同相位整流。图1为维也纳整流器并入电网后的电路原理图，图2为本发明涉及的矢量坐标系示意图，包括两项旋转坐标系和三相静止坐标系，图3为图1对应的三相静止坐标系下的电网电流i_a、i_b、i_c的周期变化图，如图3所示，当并网电流相位位于图中所示的阴影区域时，由于a相电流i_a流入，b相电流i_b，c相电流i_c为流出，因此a相只能实现图1上端二极管和开关管之间的切换，b相和c相只能实现下端二极管和开关管之间的切换，所以能实现的电压矢量只有图3中斜线包围的范围。当在针对维也纳整流器的控制部分增加如谐波抑制控制策略后，很可能造成并网电压矢量u_g和并网电流矢量i_g有一定的相位差，且在电流切换点附近，会执行错误的电压矢量，严重时会导致系统失控。

但是，当电网电压含有5次，7次等低次谐波时，如果没有针对性的谐波抑制控制策略，维也纳整流器的输入电流也将含有相应频次的谐波，使电网环境更加恶劣。当电网电压中谐波含量超出一定范围时，会使维也纳整流器进入失控状态。

发明内容

本发明提供了一种维也纳整流器的控制方法和装置，能够在并网电压矢量和并网电流矢量有一定的相位差时，在电流切换点附近，避免执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种维也纳整流器的控制方法，包括：

在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；

如果所述电网电压和所述电网电流存在相位差，且所述电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的所述交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到所述电网电流与所述电网电压的相位相同。

本发明实施例还提供了一种维也纳整流器的控制装置，包括：

数据监测模块，用于在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；

第一数据调整模块，用于如果所述电网电压和所述电网电流存在相位差，且所述电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的所述交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到所述电网电流与所述电网电压的相位相同。

本发明提供的维也纳整流器的控制方法和装置，在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；如果电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到电网电流与电网电压的相位相同。从而能够在并网电压矢量和并网电流矢量有一定的相位差时，如该相位差的产生可能是维也纳整流器进入了谐波抑制控制阶段的情况下，可在电流切换点附近，避免执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为维也纳整流器并入电网后的电路原理图；

图2为本发明涉及的坐标系示意图；

图3为三相电网中各项电流的周期变化图；

图4为本发明提供的维也纳整流器的矢量控制原理图一；

图5为本发明提供的维也纳整流器的矢量控制原理图二；

图6为本发明实施例提供的维也纳整流器的控制方法流程图一；

图7为本发明实施例提供的维也纳整流器的控制方法流程图二；

图8为本发明实施例提供的PLL锁相环传递函数算法原理图；

图9为本发明实施例的维也纳整流器的控制装置的结构示意图一；

图10为本发明实施例的维也纳整流器的控制装置的结构示意图二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供的维也纳整流器的控制方法，其核心在于通过调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得在电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域时，利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器后得到的电网电流与电网电压的相位相同，从而在电流切换点附近，避免执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

首先，针对维也纳整流器的矢量控制过程进行简单说明。

如图4所示，为维也纳整流器的矢量控制原理图，包括维也纳整流器主电路和维也纳整流器的控制部分，其中关于维也纳整流器的控制部分又分为外圈的电压环控制和内圈的电流内环控制。电压环控制主要通过整流器的直流母线电压u_dc、给定直流电压u_dc ^*通过比例积分PI调节得到电流内环中的给定直轴电流i_gd ^*，以及通过Q轴电流策略(根据控制目标需求设定)得到电流内环中的给定交轴电流i_gq ^*；电流内环控制(图4中下方虚线框内部分)主要是将实际直轴电流值i_gd和实际交轴电流值i_gq依据给定直轴电流i_gd ^*和给定交轴电流i_gq ^*并通过比例谐振PR进行调节，得到用于控制维也纳整流器的控制电压信号，该控制电压信号通过空间矢量脉宽调制SVPWM调整为直接控制维也纳整流器的6路PWM波。

其中，图4中的u_abc为三相电压值、i_abc为三相电流值，三相电压值u_abc经锁相环PLL处理后得到电压矢量角度θ_g，同时还可得到电压矢量的直轴分量u_gd和交轴分量u_gq(如图5所示)0。dp/ABC为两项旋转坐标到三相静止坐标的转换、ABC/dp为三相静止坐标的转换到两项旋转坐标。

本方案中基于自定义的交轴电流策略对电流内环控制部分的交轴电流给定值进行调整，即如图5所示，基于维也纳整流器的实际直轴电压值u_gd和实际交轴电压值u_gq通过预置调整策略，设定给定交轴电流i_gq ^*，从而使调整后的电网电流矢量角度在过零点区域时跟随电网电流矢量角度，即二者相位差为0，从而避免向维也纳整流器执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

下面通过多个实施例来说明本申请的技术方案。

实施例一

图6为本发明实施例的维也纳整流器的控制方法流程图一。该方法的执行主体可以为设置在风电机组中的控制器，如图6所示，该方法包括：

S610，在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；

如果5所示，采集三相电网电压u_a、u_b、u_c(简写“u_abc”)以及三相电网电流i_a、i_b、i_c(简写“i_abc”)，将三相电网电压u_a、u_b、u_c通过PLL锁相环处理得出两项旋转坐标系下的直轴电压u_gd和交轴电压u_gq，以及旋转坐标的旋转角度θ_g；将三相电网电流i_a、i_b、i_c通过三相静止坐标系到两项旋转坐标系变换，得到两项旋转坐标系的直轴电流i_gd和交轴电流i_gq，并作为电流内环的反馈量。

电流内环采用比例谐振控制器PR。给定直轴电流i_gd ^*来自电压外环，电压外环采用比例积分控制器PI；给定交轴电流i_gq ^*来自Q轴电流策略。

S620，如果电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到电网电流与电网电压的相位相同。

如图3所示，当电网电压位于π/3的整数倍角度时，对应三相电流的矢量值过零点，在三相电流过零点时，很可能出现控制系统执行错误的电压矢量，严重时会导致系统失控。

为了控制系统执行稳定的电压矢量，在进行电流内环的控制过程中，如果电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，即电网电压矢量(直轴电压分量和交轴电压分量的合成矢量)位于π/3(以电网电压矢量初始角度θ_g为0角度位置)的整数倍及附近区域时，此时可控制调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值作为控制维也纳整流器的电流内环控制参数计算后得到的电网电流与电网电压的相位相同。

关于调整后的交轴电流给定值的大小本实施例不做限定，如可采用但不限定于将交轴电流给定值和直轴电流给定值的比，与交轴电压实际值和直轴电压实际值的比互成比例。如此可以控制维也纳整流器并网后的电网电压与电网电流同相位，即电网电流以电网电压的矢量角度度过零点区域，且矢量值大小与电网电压矢量值大小互成比例。

本发明实施例提供的维也纳整流器的控制方法，在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；如果电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器后得到的电网电流与所述电网电压的相位相同。从而能够在并网电压矢量和并网电流矢量有一定的相位差时，在电流切换点附近，避免执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

实施例二

图7为本发明实施例的维也纳整流器的控制方法流程图二，本实施例在实施例6所述方法的基础上，对电网电流的过零点区域，以及电网电流的未过零点区域的控制过程进行了详细说明。如图7所示，该维也纳整流器的控制方法包括如下步骤：

S710，在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；步骤S710与步骤S610的内容相似。

具体地，如图8所示，其为图5中PLL锁相环传递函数算法原理图，ω_g为电网矢量转速、θ_g为电网电压矢量初始角度。锁相环带宽应限制的较低，电流内环剪切频率可设在40Hz左右，这样使输出的电网电压矢量角度中，不含有5、7次等低次谐波含量，只含有基波分量，即发电机旋转角速度为恒定值。

S720，如果电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到电网电流与电网电压的相位相同。本步骤与步骤S620相似。

其中，电网电流的过零点区域可包括：电网电压矢量角度以π/3的整数倍角度为中心的第一区间，该第一区间的宽度小于π/3。例如该电网电流的过零点区域可包括：

{k*π/3-10*50Hz/fc，k*π/3+10*50Hz/fc}

其中，k为正整数，fc为电流内环剪切频率。

进一步地，如果电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则在调整电流内环中的交轴电流给定值的过程可包括：

将交轴电流给定值调整为

其中，为电流内环的直轴电流给定值，u_gq、u_gd依次为并网下的维也纳整流器的交轴电压实际值和直轴电压实际值。

在图5所示的Q轴电流策略可为根据当前电网电压相位对交轴电流的给定值的输出方式进行判断，当电网电压相位属于上述第一区间，例如：

{k*π/3-10*50Hz/fc，k*π/3+10*50Hz/fc}

其中，fc为电流内环剪切频率，k＝0,1,2,3,4,5，对应三相电流的六次过零点)区域时，进入电流跟随控制，即选择比例输出方式，取：

这种电流跟随方式使控制后的维也纳整流器的并网电流完全和电压同相位，保证控制部分输出的电压在可控区，避免开关进入错误区域。

进一步地，上述电流内环中的谐振控制器采用的复频域传递函数可为：

其中，K_p、K_i为谐振控制器的比例、积分控制参数，K_r为谐振控制器的阻尼系数，f₀为谐振控制器的谐振频率。

具体地，若电网电流中存在5、7次电网谐波，此时直轴电压u_gd和交轴电压u_gd都对应有6次谐波，电流内环采用的谐振控制器的谐振频率f₀应设在300Hz(市电频率50Hz*6次谐波)。

以上参数的设置可根据维也纳整流器系统的开关频率和想要达到的响应时间来选择。其中，K_r越大则阻尼越小，谐振点处的增益越高，但谐振影响的范围也越宽。一般可取K_r为0.707*4πf₀。

另外可选的，当电网电压相位不属于电网电流的过零点区域时，可控制谐振控制器PR进入谐波抑制控制阶段，即执行步骤S730。

S730，如果电网电压的相位不属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值为0。

具体地，在电网电流未过零点区域时，可将交轴电流给定值设置为零，如此可使三相电网电流只包含50Hz的基波，且不含有谐波，从而起到对电网电流中谐波的抑制控制。

本发明实施例提供的维也纳整流器的控制方法，在上一实施例的基础上，对电网电流的过零点区域进行了具体限定，并且针对电网电流的非过零点区域进行了谐波抑制控制，从而使得维也纳整流器并网后的电网电流更加稳定。

实施例三

图9为本发明实施例的维也纳整流器的控制装置的结构示意图一，该维也纳整流器的控制装置可用于执行图6所示的方法步骤。如图9所示，该维也纳整流器的控制装置包括：

数据监测模块910，用于在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；

第一数据调整模块920，用于电如果网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到电网电流与电网电压的相位相同。

本发明实施例提供的维也纳整流器的控制装置，在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；如果电网电压和电网电流存在相位差，且电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到电网电流与电网电压的相位相同。从而能够在并网电压矢量和并网电流矢量有一定的相位差时，在电流切换点附近，避免执行错误的电压矢量，维持系统稳定。

实施例四

图10为本发明实施例的维也纳整流器的控制装置的结构示意图二，该维也纳整流器的控制装置作为图9所示的拓展结构，可用于执行图7所示的方法步骤。如图10所示，该维也纳整流器的控制装置包括：数据监测模块910、第一数据调整模块920和第二数据调整模块930，其中数据监测模块910、第一数据调整模块920与图9所示相应模块对应相同，并且，

电网电流的过零点区域可包括：电网电压矢量角度以π/3的整数倍角度为中心的第一区间，该第一区间的宽度小于π/3。

进一步地，所述电网电流的过零点区域可包括：

{k*π/3-10*50Hz/fc，k*π/3+10*50Hz/fc}

其中，k为正整数，fc为电流内环剪切频率。

进一步地，第一数据调整模块920可具体用于将交轴电流给定值调整为

其中，为电流内环的直轴电流给定值，u_gq、u_gd依次为并网下的维也纳整流器的交轴电压实际值和直轴电压实际值。

进一步地，上述电流内环中的谐振控制器采用的复频域传递函数为：

其中，K_p、K_i为谐振控制器的比例、积分控制参数，K_r为谐振控制器的阻尼系数，f₀为谐振控制器的谐振频率。

上述第二数据调整模块930，可用于如果电网电压的相位不属于电网电流的过零点区域，则调整电流内环中的交轴电流给定值为0。

本发明实施例提供的维也纳整流器的控制装置，在上一实施例的基础上，对电网电流的过零点区域进行了具体限定，并且针对电网电流的非过零点区域进行了谐波抑制控制，从而使得维也纳整流器并网后的电网电流更加稳定。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种维也纳整流器的控制方法，其特征在于，包括：

在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；

如果所述电网电压和所述电网电流存在相位差，且所述电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的所述交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到所述电网电流与所述电网电压的相位相同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网电流的过零点区域包括：

所述电网电压矢量角度以π/3的整数倍角度为中心的第一区间，所述第一区间的宽度小于π/3。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电网电流的过零点区域包括：

{k*π/3-10*50Hz/fc，k*π/3+10*50Hz/fc}

其中，k为正整数，fc为电流内环剪切频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述如果所述电网电压和所述电网电流存在相位差，且所述电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值包括：

将所述交轴电流给定值调整为

其中，为电流内环的直轴电流给定值，u_gq、u_gd依次为并网下的维也纳整流器的交轴电压实际值和直轴电压实际值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述电网电压的相位不属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值为0。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电流内环中的谐振控制器采用的复频域传递函数为：

其中，K_p、K_i为谐振控制器的比例、积分控制参数，K_r为谐振控制器的阻尼系数，f₀为谐振控制器的谐振频率。

7.一种维也纳整流器的控制装置，其特征在于，包括：

数据监测模块，用于在对并网下的维也纳整流器进行电流内环的控制过程中，实时监测电网电压和电网电流；

第一数据调整模块，用于如果所述电网电压和所述电网电流存在相位差，且所述电网电压的相位属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值，以使得利用调整后的所述交轴电流给定值控制维也纳整流器，得到所述电网电流与所述电网电压的相位相同。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电网电流的过零点区域包括：

所述电网电压矢量角度以π/3的整数倍角度为中心的第一区间，所述第一区间的宽度小于π/3。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电网电流的过零点区域包括：

{k*π/3-10*50Hz/fc，k*π/3+10*50Hz/fc}

其中，k为正整数，fc为电流内环剪切频率。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一数据调整模块具体用于：

将所述交轴电流给定值调整为

其中，为电流内环的直轴电流给定值，u_gq、u_gd依次为并网下的维也纳整流器的交轴电压实际值和直轴电压实际值。

11.根据权利要求7-10任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二数据调整模块，用于如果所述电网电压的相位不属于电网电流的过零点区域，则调整所述电流内环中的交轴电流给定值为0。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电流内环中的谐振控制器采用的复频域传递函数为：

其中，K_p、K_i为谐振控制器的比例、积分控制参数，K_r为谐振控制器的阻尼系数，f₀为谐振控制器的谐振频率。