CN110932283A - 一种变流器的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变流器的控制方法及装置，采用双闭环控制，包括电压外环和电流内环，电压外环为直流电压控制环，电压给定值减去电压反馈值作为电压外环的输入量；电压外环的输入量经过前馈处理得到电压前馈量；将电压前馈量叠加到电压外环的输出量上，作为电流内环的输入量。本发明提出的变流器的控制方法，在不改变原有变流器控制架构的基础上，在电压外环上增加直流电压前馈处理控制，可以优化电流内环输入电流与实际电流的差值，从而在保证稳态时系统控制精度的前提下，提高电压动态响应速度，动态效果更好，进而提高变流器稳定性，便于工程实现和推广。

Description

一种变流器的控制方法及装置
技术领域
本发明具体涉及一种变流器的控制方法及装置。
背景技术
变流器是电力系统中的关键性设备，其作为连接交流和直流的核心电力电子设备，应用的场合越来越广，例如，新能源发电系统，储能系统、微网系统等等。它既可以作为电流源工作在恒流或恒功率模式，也可以作为电压源工作在稳压模式，向电网输送能量为负载设备提供能量，实现能量在电网和用电设备之间的双向流动。
常规变流器控制采用电压外环和电流内环的双闭环控制。电压外环作为稳压控制环，稳压控制环的输入为变流器稳压给定值和电压反馈值，电压反馈值为变流器的直流母线电压采样值，稳压控制环的输出取反后作为电流内环的输入，控制器采用PI控制；但当变流器用于直流稳压控制时，若负载突然增大或减小时，由于电流环参考电流上升速度及幅度有限，往往会导致实际电流上升速度较慢、直流母线电压波动较大，甚至会导致变流器报故障而停机，从而影响变流器的稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种变流器的控制方法及装置，以解决在负载突变时直流母线电压波动较大导致变流器稳定性差的问题。
为解决上述技术问题提供一种变流器的控制方法，采用双闭环控制，包括电压外环和电流内环，
所述电压外环为直流电压控制环，电压给定值减去电压反馈值作为所述电压外环的输入量；所述电压外环的输入量经过前馈处理得到电压前馈量；将所述电压前馈量叠加到电压外环的输出量上，作为所述电流内环的输入量。
本发明的有益效果是：提出的变流器的控制方法，在不改变原有变流器控制架构的基础上，在电压外环上增加直流电压前馈处理控制，可以优化电流内环输入电流与实际电流的差值，从而在保证稳态时系统控制精度的前提下，简单、有效的提高电压动态响应速度，动态效果更好，进而提高变流器稳定性，便于工程实现和推广。
进一步的，所述前馈处理包括将电压外环的输入量乘以电压前馈系数的步骤。仅乘以电压前馈系数的前馈处理简单、容易实现。
进一步的，所述电压前馈系数为固定值。
进一步的，所述电压前馈系数为变量，当所述电压外环的输入量满足一定要求时，所述变量与所述电压外环的输入量正相关。当电压前馈系数与电压外环的输入量成正相关变化时，能够保证电压外环输出的稳定性。
进一步的，还包括对所述电压前馈量进行限幅的步骤，限幅值范围为-0.5～0.5。保证电压前馈处理输出不超限幅值要求。
进一步的，还包括将所述电压前馈量叠加到电压外环的输出量后进行限幅的步骤，限幅值范围为-1.1～1.1。保证电压外环的输出量叠加后的输出不超限幅值要求。
为解决上述技术问题还提供一种变流器的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器在运行所述计算机程序时实现上述变流器的控制方法。
附图说明
图1为本发明变流器的控制框图；
图2为本发明不加直流电压前馈时负载指令由0.2pu阶跃到1pu时直流母线电压/交流电流的仿真波形图；
图3为本发明加直流电压前馈时负载指令由0.2pu阶跃到1pu时直流母线电压/交流电流的仿真波形图；
图4为本发明不加直流电压前馈时负载指令由1pu阶跃到0.2pu时直流母线电压/交流电流的仿真波形图；
图5为本发明加直流电压前馈时负载指令由1pu阶跃到0.2pu时直流母线电压/交流电流的仿真波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
本发明的技术构思：在现有变流器采用电压外环和电流内环的双闭环控制基础上，对电压外环增加电压前馈处理，即电压外环的输入量乘以电压前馈系数得到电压前馈量，经过电压前馈处理后得到的电压前馈量叠加到电压外环的输出量上，作为电流内环的输入量，优化电流内环输入电流与实际电流的差值，同时电流内环有饱和限流环节，可在不发生过流的条件下强行提升变流器的响应速度、减少负载突变对母线电压的影响，从而在保证稳态时系统的控制精度的前提下，提高了电压动态响应速度，进而提高变流器系统的稳定性。
方法实施例：
如图1所示为本发明的变流器的控制框图，变流器的控制采用电压外环和电流内环的双闭环控制，电压外环为采用PI控制的直流电压控制环，图中，
Figure BDA0002271974480000031
为电压给定值，vdc为电压反馈值，将直流母线电压实时采样值作为电压反馈值，因此，电压外环的输入量为电压给定值
Figure BDA0002271974480000032
减去电压反馈值vdc的差值。
为了提高动态相应速度，增加了电压外环的前馈处理环节，电压外环的输入量经过前馈处理得到电压前馈量，并将电压前馈量叠加到电压外环的输出量上作为电流内环的输入量。
前馈处理具体是将电压外环的输入量乘以电压前馈系数Kx得到电压前馈量，将该电压前馈量叠加到电压外环的输出量上，经过相应的处理后作为电流内环的输入量。电压前馈系数Kx为一固定值。
为了保证电压外环输出的稳定性，电压前馈系数Kx也可为变量。当电压给定值
Figure BDA0002271974480000033
与电压反馈值vdc的差值大于设定阈值ΔUdc时，差值越大，电压前馈系数Kx就越大；差值越小，电压前馈系数Kx就越小。当电压给定值
Figure BDA0002271974480000034
与电压反馈值vdc的差值小于设定阈值ΔUdc时，电压前馈系数为零。
当电压前馈系数Kx为变量时，电压前馈系数为Kx＝kΔUdc，ΔUdc电压给定值标幺后与电压反馈值标幺后的差值，k为常数。
为了保证前馈处理输出不超限幅值，对前馈处理输出进行限幅，限幅值范围为-0.5～0.5。该限幅操作可对电压前馈量进行限幅，也可以对电压外环的输入量乘以电压前馈系数的计算结果进行限幅，只要保证前馈处理输出的电压前馈量不超过限幅即可。
因为增加了前馈处理，因此，电压外环的输出叠加了电压前馈量，为了保证叠加电压前馈量后，直流电压控制环的输出不超限幅值，对叠加后的电压外环输出进行限幅，限幅值范围为-1.1～1.1。
对本发明的变流器的控制方法进行原理分析：
当无负载扰动时，变流器在稳态，前馈系数为0，开环传递函数如下式(1)所示：
Figure BDA0002271974480000035
式中，τv为直流电压采样小惯性时间常数，KvP为电压外环的PI控制器的比例系数，KvI为电压外环的PI控制器的积分系数，Gi(s)为电流内环函数，0.75mcosθ为直流电流经开关函数描述等效后形式，C为母先电容，m为变流器调制度。
当负载发生扰动时，变流器开环传递函数如式
Figure BDA0002271974480000041
式中，iL为负载电流扰动量。
变流器开环可等效为
Gov(s)＝Gov1(s)+Gov2(s)+Gov3(s) (3)
其中
Figure BDA0002271974480000042
Figure BDA0002271974480000043
由工程经验可得，电流内环可等效为一阶惯性环节
Figure BDA0002271974480000044
Figure BDA0002271974480000045
当开关频率比较高时，
Figure BDA0002271974480000046
直流电压前馈环节补偿负载扰动动态变化如式
Figure BDA0002271974480000047
通过上述分析可得，在控制方法保证稳态时系统的控制精度前提下，加入电压前馈环节，当负载发生变化时，直流电压前馈环节能够补偿负载扰动动态变化，优化电流内环输入电流与实际电流的差值，使系统达到快速响应的目的。
下面将该方法应用于具体实例中。
以一个500kW/400V变流器系统为例进行仿真，当电压反馈值与电压给定值偏差绝对值小于30V时，电压前馈系数为0，当电压反馈值与电压给定值偏差绝对值大于30V时，直流前馈系数为Kx＝0.3ΔUdc，ΔUdc电压反馈值标幺后与电压给定值标幺后偏差。
对增加电压前馈的变流器电压快速控制方法进行仿真，当负载指令由0.2pu阶跃到1pu的仿真波形如图2、3所示，当负载指令由1pu降到0.2pu时的仿真波形如图4、5所示，通过对比分析，可知，本申请增加电压前馈后的控制，动态性能较优。
装置实施例：
本发明提出的变流器的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器在运行计算机程序时实现相应的控制方法，变流器具体的控制方法已在上述方法实施例中详细介绍，此处不再赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变流器的控制方法，其特征在于，采用双闭环控制，包括电压外环和电流内环，
所述电压外环为直流电压控制环，电压给定值减去电压反馈值作为所述电压外环的输入量；所述电压外环的输入量经过前馈处理得到电压前馈量；将所述电压前馈量叠加到电压外环的输出量上，作为所述电流内环的输入量。
2.根据权利要求1所述的变流器的控制方法，其特征在于，所述前馈处理包括将电压外环的输入量乘以电压前馈系数的步骤。
3.根据权利要求2所述的变流器的控制方法，其特征在于，所述电压前馈系数为固定值。
4.根据权利要求2所述的变流器的控制方法，其特征在于，所述电压前馈系数为变量，当所述电压外环的输入量满足一定要求时，所述变量与所述电压外环的输入量正相关。
5.根据权利要求1或2所述的变流器的控制方法，其特征在于，还包括对所述电压前馈量进行限幅的步骤，限幅值范围为-0.5～0.5。
6.根据权利要求1所述的变流器的控制方法，其特征在于，还包括将所述电压前馈量叠加到电压外环的输出量后进行限幅的步骤，限幅值范围为-1.1～1.1。
7.一种变流器的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器在运行所述计算机程序时实现权利要求1-6所述的变流器的控制方法。
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