CN109245592A - 一种基于igbt的双向功率变换ac-dc系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电源技术领域，涉及一种基于IGBT的双向功率变换AC‑DC系统及控制方法，基于IGBT的双向功率变换AC‑DC系统包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路，所述主电路由逆变器构成，逆变器采用IGBT，控制电路采用电压外环和电流内环双闭环系统，电压外环控制输出电压，电流内环控制输入电流，以实现单位功率因数的校正，所述电压外环和电流内环分别加入PI环节。本发明提高了直流电压利用率，具有自学习功能，电感参数不确定的场合有良好的表现，降低了对电网电压的污染，输出电压稳定，不受输入特性的影响，具有良好的动态性能。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统及控制方法。
背景技术
目前，随着工业的飞速发展，人们对使用的电能的质量要求越来越高；在能源危机日益严重的今天，以高效节能优质合理的使用电能为特点的电力电子装置得到了前所未有的发展。然而，电网的污染问题严重。直流母线微网方兴未艾，而充电功率的变化，接入直流母线微网的光伏系统等参数的变化，会对电网造成较大影响。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有技术中，存在电网的污染问题严重，充电功率的变化，接入直流母线微网的光伏系统等参数的变化，会对电网造成较大影响。
而且，现有技术控制上没有采用空间矢量算法，提高直流电压利用率；不具有自学习功能，电感参数不确定的场合不具有良好的表现，造成不能降低对电网电压的污染；输出电压不稳定，易受输入特性的影响，造成动态性能不良好。电网存在的干扰管理没有考虑多维特征，管理效率较低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统及控制方法。
本发明是这样实现的，一种基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，包括：
采用空间矢量算法控制电压，利用自学习功能确定电感参数；
空间矢量算法控制电压包括：系统参数λ和观测序列Y，推理出控制电压值偏离大小的概率P(Y|λ)为：
前向变量αt(i)＝P(y1,y2,...,yt,xt＝i|λ)；
初始化：α1(i)＝πibi(y1), 1≤i≤n
递归运算：
结果：
后向变量βt(i)＝P(yt+1,yt+2,...,yT|xt＝i,λ)
初始化：βT(i)＝1, 1≤i≤n
递归运算：
结果：
结合起来构成：
最终，推理出控制电压值偏离大小的概率；获得要调整的电压准确值；
自学习功能确定电感参数中，包括：
选取若干个干扰信号的特征电感参数CP，包括无线信号的频率F、时间T、对于观测点空域角度Θ、极化方向Γ、以及编码方式C，并将电感参数作为坐标轴建立多维坐标系，对于坐标系的各个坐标轴，分别根据各个干扰特征参数的分辨率确定对应坐标轴的单位量，基于坐标系建立多维特征电感参数的空间模型,为干扰空间：HSI＝SPACE(CP1,CP2…CPN)，在此干扰空间中的任意一个矢量由坐标进行表示：
其中CPi为矢量在干扰空间中某一维度的坐标，是对于特征参量CPi的具体取值，对于单模的干扰信号，在干扰空间中表示为一个单一矢量：
对于多模的干扰信号，即干扰信号的一个或者数个特征电感参数表现为具有多值特性，在干扰空间中使用干扰特征矢量的集合表示：
对获得的多值特性电感参数通过数值计算、迭代校验、线性拟合和统计的方法进行分析，对缺失的数据进行补全，生成连续数据；得到准确性电感参数；对获得的多值特性电感参数分析时，在电感参数节点接收hello广播包时，提取其中关于链路质量的信息hello_qos,并根据本电感参数节点维持的所有电感参数邻居节点的滑动窗口信息计算出本电感参数节点到对应电感参数邻居节点的本地链路质量；
在维持的滑动窗口周期内根据可靠性、跳数、链路非对称惩罚和链路评价因子计算出电感参数节点到该电感参数邻居节点的总链路质量；
对计算出的总链路质量的大小进行排序，选择其中最大值作为最佳下一跳电感参数节点，选择其中次大值作为备选的下一跳电感参数节点。
进一步，所述在选取的若干个干扰信号特征电感参数之前需要确定干扰信号和参照信号在无线信号领域上的物理参数，包括无线信号的频率F、时间T、对于观测点空域角度Θ、极化方向Γ、以及编码方式C；
用特征电感参数作为坐标轴建立空间坐标系，干扰空间为：
HSI＝SPACE(F,T,Θ,Γ,C)；
干扰空间中的任意一个矢量由干扰特征空间中的坐标进行表示：
其中的f，t，θ，γ，c分别是对应于各个维度的坐标值。
进一步，对于单模的干扰信号，在干扰空间中表示为一个单一矢量：
其中的f，t，θ，γ，c分别是对应于各个维度的坐标值。
进一步，计算本地链路质量的过程为：
电感参数节点从邻居电感参数节点收到Hello广播包后提取数据包中源节点项信息和链路质量信息hello_qos；若源节点项是电感参数节点自身的MAC地址，说明该Hello广播包是该源节点自己发出去的，则将维持的该邻居电感参数节点的滑动窗口对应位置填1；否则说明该Hello包来自其它节点，将滑动窗口对应位置填0；最后统计滑动窗口中1和0的数目，从而计算出本节点到滑动窗口对应的邻居电感参数节点的本地链路质量；
本地链路质量计算公式为：
其中，qoe为电感参数节点收到的自己的广播包数量；qor为来自其它电感参数节点的广播包数量；
进一步，总链路质量的计算公式为：
Qos＝new_qos-data_len-skb_size-rtt-pacloss-signal
其中，Qos为总链路质量，data_len为发送数据长度，skb_size为接收缓冲队列长度，rtt为平均时延，pacloss为丢包率，signal为信号强度的绝对值；
其中，node_number_punishment为中间路径上设置的跳数惩罚，
combined_qos＝hello_qos×qos_own×qos_different_lq_punishment
其中，hello_qos为hello广播包中关于链路质量的信息，qos_different_lq_punishment为链路非对称惩罚，其算法为：
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述控制方法的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统，所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统拓扑采用LCL+IGBT结构，具体包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路；
所述主电路由逆变器构成，所述逆变器采用IGBT，所述控制电路采用电压外环和电流内环双闭环系统，所述电压外环控制输出电压，所述电流内环控制输入电流，实现单位功率因数的校正；所述电压外环和电流内环分别加入PI环节。
本发明的另一目的在于提供一种太阳能发电设备，所述太阳能发电设备至少搭载所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统。
本发明的优点及积极效果为：
基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统输入为380V，电流波形为正弦波，额定输出为DC800V，具有1.5倍过载能力，功率因数可达到1，能量可以双向流动，既可以对直流母线微网进行充电，又可以回馈流动，控制上采用空间矢量算法，提高了直流电压利用率，具有自学习功能，电感参数不确定的场合有良好的表现，降低了对电网电压的污染，输出电压稳定，不受输入特性的影响，具有良好的动态性能。
本发明通过构建的干扰空间模型，利用矢量表示和运算，可以支持无线通信系统干扰信号的分析、表示、与具体运算，从而为电网系统对干扰信号的判定、分析和管理形成数学依据。在干扰空间模型支撑的基础上，可以通过数学的方法为系统进行干扰管理技术提供指导和帮助；利用数学空间概念形成的干扰空间模型，对电网系统中干扰信号的状态进行分析和表征，提出了多维度干扰状态空间模型。
本发明自学习功能确定电感参数中，对获得的多值特性电感参数通过数值计算、迭代校验、线性拟合和统计的方法进行分析，对缺失的数据进行补全，生成连续数据；得到准确性电感参数。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的IGBT模块的结构示意图；
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
本发明实施例提供的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，包括：
采用空间矢量算法控制电压，利用自学习功能确定电感参数。
空间矢量算法控制电压包括：系统参数λ和观测序列Y，推理出控制电压值偏离大小的概率P(Y|λ)为：
前向变量αt(i)＝P(y1,y2,...,yt,xt＝i|λ)；
初始化：α1(i)＝πibi(y1), 1≤i≤n
递归运算：
结果：
后向变量βt(i)＝P(yt+1,yt+2,...,yT|xt＝i,λ)
初始化：βT(i)＝1, 1≤i≤n
递归运算：
结果：
结合起来构成：
最终，推理出控制电压值偏离大小的概率；获得要调整的电压准确值；
自学习功能确定电感参数中，包括：
选取若干个干扰信号的特征电感参数CP，包括无线信号的频率F、时间T、对于观测点空域角度Θ、极化方向Γ、以及编码方式C，并将电感参数作为坐标轴建立多维坐标系，对于坐标系的各个坐标轴，分别根据各个干扰特征参数的分辨率确定对应坐标轴的单位量，基于坐标系建立多维特征电感参数的空间模型,为干扰空间：HSI＝SPACE(CP1,CP2…CPN)，在此干扰空间中的任意一个矢量由坐标进行表示：
其中CPi为矢量在干扰空间中某一维度的坐标，是对于特征参量CPi的具体取值，对于单模的干扰信号，在干扰空间中表示为一个单一矢量：
对于多模的干扰信号，即干扰信号的一个或者数个特征电感参数表现为具有多值特性，在干扰空间中使用干扰特征矢量的集合表示：
对获得的多值特性电感参数通过数值计算、迭代校验、线性拟合和统计的方法进行分析，对缺失的数据进行补全，生成连续数据；得到准确性电感参数；对获得的多值特性电感参数分析时，在电感参数节点接收hello广播包时，提取其中关于链路质量的信息hello_qos,并根据本电感参数节点维持的所有电感参数邻居节点的滑动窗口信息计算出本电感参数节点到对应电感参数邻居节点的本地链路质量；
在维持的滑动窗口周期内根据可靠性、跳数、链路非对称惩罚和链路评价因子计算出电感参数节点到该电感参数邻居节点的总链路质量；
对计算出的总链路质量的大小进行排序，选择其中最大值作为最佳下一跳电感参数节点，选择其中次大值作为备选的下一跳电感参数节点。
所述在选取的若干个干扰信号特征电感参数之前需要确定干扰信号和参照信号在无线信号领域上的物理参数，包括无线信号的频率F、时间T、对于观测点空域角度Θ、极化方向Γ、以及编码方式C；
用特征电感参数作为坐标轴建立空间坐标系，干扰空间为：
HSI＝SPACE(F,T,Θ,Γ,C)；
干扰空间中的任意一个矢量由干扰特征空间中的坐标进行表示：
其中的f，t，θ，γ，c分别是对应于各个维度的坐标值。
进一步，对于单模的干扰信号，在干扰空间中表示为一个单一矢量：
其中的f，t，θ，γ，c分别是对应于各个维度的坐标值。
计算本地链路质量的过程为：
电感参数节点从邻居电感参数节点收到Hello广播包后提取数据包中源节点项信息和链路质量信息hello_qos；若源节点项是电感参数节点自身的MAC地址，说明该Hello广播包是该源节点自己发出去的，则将维持的该邻居电感参数节点的滑动窗口对应位置填1；否则说明该Hello包来自其它节点，将滑动窗口对应位置填0；最后统计滑动窗口中1和0的数目，从而计算出本节点到滑动窗口对应的邻居电感参数节点的本地链路质量；
本地链路质量计算公式为：
其中，qoe为电感参数节点收到的自己的广播包数量；qor为来自其它电感参数节点的广播包数量；
总链路质量的计算公式为：
Qos＝new_qos-data_len-skb_size-rtt-pacloss-signal
其中，Qos为总链路质量，data_len为发送数据长度，skb_size为接收缓冲队列长度，rtt为平均时延，pacloss为丢包率，signal为信号强度的绝对值；
其中，node_number_punishment为中间路径上设置的跳数惩罚，
combined_qos＝hello_qos×qos_own×qos_different_lq_punishment
其中，hello_qos为hello广播包中关于链路质量的信息，
qos_different_lq_punishment为链路非对称惩罚，其算法为：
如图1-图2所示，本发明实施例提供基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统，包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路，所述主电路由逆变器构成，所述逆变器采用IGBT，所述控制电路采用电压外环和电流内环双闭环系统，所述电压外环控制输出电压，所述电流内环控制输入电流，以实现单位功率因数的校正，所述电压外环和电流内环分别加入PI环节。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述逆变器为三相电压型逆变器。
所述系统拓扑采用LCL+IGBT结构，控制上采用空间矢量控制(SVPWM)。
本发明的工作原理是：
系统输入为380V，电流波形为正弦波，额定输出为DC800V，具有1.5倍过载能力，功率因数可达到1，能量可以双向流动，既可以对直流母线微网进行充电，又可以回馈流动，控制上采用空间矢量算法。
该基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统，提高了直流电压利用率，具有自学习功能，电感参数不确定的场合有良好的表现，降低了对电网电压的污染，输出电压稳定，不受输入特性的影响，具有良好的动态性能。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk(SSD))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，其特征在于，所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法包括：
采用空间矢量算法控制电压，利用自学习功能确定电感参数；
空间矢量算法控制电压包括：系统参数λ和观测序列Y，推理出控制电压值偏离大小的概率P(Y|λ)为：
前向变量αt(i)＝P(y1,y2,...,yt,xt＝i|λ)；
初始化：α1(i)＝πibi(y1),1≤i≤n
递归运算：
结果：
后向变量βt(i)＝P(yt+1,yt+2,...,yT|xt＝i,λ)
初始化：βT(i)＝1,1≤i≤n
递归运算：
结果：
结合起来构成：
最终，推理出控制电压值偏离大小的概率；获得要调整的电压准确值；
自学习功能确定电感参数中，包括：
选取若干个干扰信号的特征电感参数CP，包括无线信号的频率F、时间T、对于观测点空域角度Θ、极化方向Γ、以及编码方式C，并将电感参数作为坐标轴建立多维坐标系，对于坐标系的各个坐标轴，分别根据各个干扰特征参数的分辨率确定对应坐标轴的单位量，基于坐标系建立多维特征电感参数的空间模型,为干扰空间：HSI＝SPACE(CP1,CP2…CPN)，在此干扰空间中的任意一个矢量由坐标进行表示：
其中CPi为矢量在干扰空间中某一维度的坐标，是对于特征参量CPi的具体取值，对于单模的干扰信号，在干扰空间中表示为一个单一矢量：
对于多模的干扰信号，即干扰信号的一个或者数个特征电感参数表现为具有多值特性，在干扰空间中使用干扰特征矢量的集合表示：
对获得的多值特性电感参数通过数值计算、迭代校验、线性拟合和统计的方法进行分析，对缺失的数据进行补全，生成连续数据；得到准确性电感参数；对获得的多值特性电感参数分析时，在电感参数节点接收hello广播包时，提取其中关于链路质量的信息hello_qos,并根据本电感参数节点维持的所有电感参数邻居节点的滑动窗口信息计算出本电感参数节点到对应电感参数邻居节点的本地链路质量；
在维持的滑动窗口周期内根据可靠性、跳数、链路非对称惩罚和链路评价因子计算出电感参数节点到该电感参数邻居节点的总链路质量；
对计算出的总链路质量的大小进行排序，选择其中最大值作为最佳下一跳电感参数节点，选择其中次大值作为备选的下一跳电感参数节点。
2.如权利要求1所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，其特征在于，所述在选取的若干个干扰信号特征电感参数之前需要确定干扰信号和参照信号在无线信号领域上的物理参数，包括无线信号的频率F、时间T、对于观测点空域角度Θ、极化方向Γ、以及编码方式C；
用特征电感参数作为坐标轴建立空间坐标系，干扰空间为：
HSI＝SPACE(F,T,Θ,Γ,C)；
干扰空间中的任意一个矢量由干扰特征空间中的坐标进行表示：
其中的f，t，θ，γ，c分别是对应于各个维度的坐标值。
3.如权利要求1所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，其特征在于，对于单模的干扰信号，在干扰空间中表示为一个单一矢量：
其中的f，t，θ，γ，c分别是对应于各个维度的坐标值。
4.如权利要求1所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，其特征在于，计算本地链路质量的过程为：
电感参数节点从邻居电感参数节点收到Hello广播包后提取数据包中源节点项信息和链路质量信息hello_qos；若源节点项是电感参数节点自身的MAC地址，说明该Hello广播包是该源节点自己发出去的，则将维持的该邻居电感参数节点的滑动窗口对应位置填1；否则说明该Hello包来自其它节点，将滑动窗口对应位置填0；最后统计滑动窗口中1和0的数目，从而计算出本节点到滑动窗口对应的邻居电感参数节点的本地链路质量；
本地链路质量计算公式为：
其中，qoe为电感参数节点收到的自己的广播包数量；qor为来自其它电感参数节点的广播包数量。
5.如权利要求1所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法，其特征在于，
总链路质量的计算公式为：
Qos＝new_qos-data_len-skb_size-rtt-pacloss-signal
其中，Qos为总链路质量，data_len为发送数据长度，skb_size为接收缓冲队列长度，rtt为平均时延，pacloss为丢包率，signal为信号强度的绝对值；
其中，node_number_punishment为中间路径上设置的跳数惩罚，
combined_qos＝hello_qos×qos_own×qos_different_lq_punishment
其中，hello_qos为hello广播包中关于链路质量的信息，qos_different_lq_punishment为链路非对称惩罚，其算法为：
6.一种实现权利要求1所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法的计算机程序。
7.一种实现权利要求1所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法的信息数据处理终端。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统的控制方法。
9.一种实现权利要求1所述控制方法的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统，其特征在于，所述基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统拓扑采用LCL+IGBT结构，具体包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路；
所述主电路由逆变器构成，所述逆变器采用IGBT，所述控制电路采用电压外环和电流内环双闭环系统，所述电压外环控制输出电压，所述电流内环控制输入电流，实现单位功率因数的校正；所述电压外环和电流内环分别加入PI环节。
10.一种太阳能发电设备，其特征在于，所述太阳能发电设备至少搭载权利要求9所述的基于IGBT的双向功率变换AC-DC系统。
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| CN101667787A (zh) * | 2009-09-30 | 2010-03-10 | 大连光洋科技工程有限公司 | 一种电压定向能量双向流动的整流控制装置 |
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| CN108387808A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-10 | 杨彦青 | 一种智能电力变压器运行监测系统 |
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2018
- 2018-10-15 CN CN201811194411.3A patent/CN109245592A/zh active Pending
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