CN112583239A - 变换器控制模式切换方法及存储介质 - Google Patents

变换器控制模式切换方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直流供电系统技术领域，公开了一种变换器控制模式切换方法及存储介质，应用于直流供电系统，所述直流供电系统包括变换器。所述方法包括根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令；根据所述控制模式切换指令改变所述变换器的控制模式。根据直流供电系统的运行工况输出不同的控制模式切换指令。根据控制模式切换指令改变变换器的控制参数，通过改变调节电压和调整比例控制参数，从而达到平滑切换变换器控制模式的目的，能够满足不同运行工况的控制要求。变换器接受控制模式切换指令，自动切换控制模式，简化了直流供电系统的控制方法，有利于变换器生产制造的统一化，并降低直流供电系统在建造过程中对变换器厂家的依赖。

Description

变换器控制模式切换方法及存储介质
技术领域
本发明涉及直流供电系统技术领域，特别是涉及一种变换器控制模式切换方法及存储介质。
背景技术
随着电力电子负载的增加，直流供电系统再次进入人们的视线。直流系统需要具备维持直流母线电压稳定的功能，以及响应交流侧频率或电压的功能。直流系统的关键设备AC/DC变换器能够满足既具备响应交流侧频率和电压的功能，同时也能够兼顾维持直流母线电压稳定的功能。但在一些特定的工况下，比如黑启动工况，AC/DC变换器就不能满足维持直流母线电压稳定的要求。
发明内容
基于此，有必要针对AC/DC变换器在一些特定工况下不能满足系统需要维持直流母线电压稳定的要求的问题，提供一种变换器控制模式切换方法及存储介质。
一种变换器控制模式切换方法，应用于直流供电系统，所述直流供电系统包括变换器，所述方法包括根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令；根据所述控制模式切换指令改变所述变换器的控制模式。
上述变换器控制模式切换方法，根据直流供电系统的运行工况输出不同的控制模式切换指令。根据控制模式切换指令改变变换器的控制模式，通过改变调节电压和调整比例控制参数，从而达到平滑切换变换器控制模式的目的，能够满足直流系统不同工况的运行要求。变换器接受上位机输出的指令，自动切换控制模式，从而简化了直流供电系统的控制方法，有利于变换器生产制造的统一化，并降低直流供电系统在建造过程中对变换器厂家的依赖。
在其中一个实施例中，所述控制模式切换指令包括建立直流母线电压指令、响应交流频率指令和响应直流电压指令。
在其中一个实施例中，所述根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令，包括当所述直流供电系统需要启动并与直流母线建立连接时，输出所述建立直流母线电压指令；当所述直流供电系统需要响应交流侧频率时，输出所述响应交流频率指令；当所述直流供电系统需要响应直流母线电压时，输出所述响应直流电压指令。
在其中一个实施例中，所述根据所述控制指令改变所述变换器的控制模式，包括根据所述建立直流母线电压指令控制所述变换器调整直流母线的母线电压，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接；根据响应交流频率指令控制所述变换器，减小所述变换器对所述母线电压的敏感度；根据响应直流电压指令控制所述变换器，增大所述变换器对所述母线电压的敏感度。
在其中一个实施例中，所述根据所述建立直流母线电压指令控制所述变换器调整直流母线的母线电压，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接，包括按照第一调节速率增大所述变换器的输出功率；利用所述变换器的输出功率将所述母线电压增大至预设母线电压值，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接。
在其中一个实施例中，所述变换器包括控制外环，其特征在于，所述按照第一调节速率增大所述变换器的输出功率，包括按照第一调节速率增大所述控制外环的调节电压，以增大所述变换器的输出功率。
在其中一个实施例中，所述方法还包括在按照第一调节速率增大所述控制外环的调节电压时，控制降低所述控制外环的比例调节系数；在所述调节电压达到第一预设阈值后，根据第二调节速率，将所述比例调节系数增大至第二预设阈值。
在其中一个实施例中，所述根据响应交流频率指令控制所述变换器，减小所述变换器对所述母线电压的敏感度，包括根据响应交流频率指令控制降低所述比例调节系数，以减小所述变换器对所述母线电压的敏感度。
在其中一个实施例中，所述根据响应直流电压指令控制所述变换器，增大所述变换器对所述母线电压的敏感度，包括根据响应直流电压指令控制增大所述比例调节系数，以增大所述变换器对所述母线电压的敏感度。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项实施例中所述的电子元器件瑕疵定位方法的步骤。
附图说明
图1为本发明其中一实施例中的变换器控制模式切换方法的方法流程图；
图2为本发明其中一实施例中的变换器控制电路示意图；
图3为本发明其中一实施例中的根据直流供电系统运行工况输出控制模式切换指令的方法流程图；
图4为本发明其中一实施例中的根据控制模式切换指令改变变换器的控制模式的方法流程图；
图5为本发明其中一实施例中的启动直流供电系统并与直流母线建立连接的方法流程图；
图6为本发明其中一实施例中的变换器的控制外环的电路示意图；
图7为本发明其中一实施例中的控制外环的下垂控制特性示意图；
图8为本发明其中一实施例中的对控制外环比例调节系数的调节方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
随着电力电子负载的增加，直流供电系统再次进入人们的视线。对于直流系统来说，不同工况下对电网变换器的控制目标和控制要求是不同的，因此需要电网的变换器可以满足多种控制目标和要求。但现有技术中存在电网的变换器不能同时满足多种控制目标和要求的情况，需要对变换器的控制策略和控制目标进行调整，切换控制模式。然而根据控制目标和要求对变换器的控制策略进行调整会增加变换器的控制难度。同时，在切换控制模式时，可能会增加直流供电系统的不稳定性。
图1为本发明其中一实施例中的变换器控制模式切换方法的方法流程图，在其中一个实施例中，所述变换器控制模式切换方法包括如下步骤S100至S200。
S100：根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令。
S200：根据所述控制模式切换指令改变所述变换器的控制模式。
本发明提出一种变换器控制模式切换方法，应用于直流供电系统中，所述直流供电系统包括变换器和上位机。本发明提供的变换器模式切换方法主要是应用于采用VSG控制的交直流变换器中，即上述直流供电系统中的变换器为采用VSG控制的交直流变换器。图2为本发明其中一实施例中的变换器控制电路示意图，变换器控制电路包括控制外环、VSG控制环、电压电流环和脉冲发生器。所述系统利用VSG控制环能够对直流母线交流侧的频率进行响应，但是对直流母线的直流侧电压不响应。因此，本电路中在VSG控制环前加入了用于下垂控制的控制外环，通过调节控制外环的系数，来改变变换器对直流侧响应敏感度。
本发明利用上位机对直流供电系统的运行工况进行判断，当直流供电系统的运行工况发生变化时，上位机输出不同的控制模式切换指令。变换器根据上位机输出的指令，调整控制外环的参数。通过调整VSG控制策略前的控制外环的参数，可以改变控制外环的特性，以实现改变控制器的控制目标，完成对变换器控制模式的平滑切换，使得变换器能够满足多种不同工况下的控制要求。
在其中一个实施例中，直流供电系统的运行工况较多，因此需要变换器能够满足不同工况的要求。例如需要电网变换器启动、建立与直流母线的连接、响应直流电压或响应交流侧频率响应等情况，需要根据实际运行需求进行控制模式切换。上位机根据不同的运行情况，相应地输出不同的控制模式切换指令，所述控制模式切换指令包括建立直流母线电压指令、响应交流频率指令和响应直流电压指令。
图3为本发明其中一实施例中的根据直流供电系统运行工况输出控制模式切换指令的方法流程图，在其中一个实施例中，所述根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令，包括如下步骤S110至S130。
S110：当所述直流供电系统需要启动并与直流母线建立连接时，输出所述建立直流母线电压指令。
S120：当所述直流供电系统需要响应交流侧频率时，输出所述响应交流频率指令。
S130：当所述直流供电系统需要响应直流母线电压时，输出所述响应直流电压指令。
当直流供电系统的运行工况改变，例如需要电网变换器启动并建立与直流母线的连接时，上位机输出建立直流母线电压指令至变换器。当直流供电系统的运行工况调整，例如需要电网变换器响应交流侧频率时，上位机输出响应交流频率指令；或当直流供电系统需要电网变换器响应直流电压时，上位机输出响应直流电压指令。
本发明提出的变换器控制模式切换方法，用于对直流供电系统中的变换器。对变换器的控制系统进行调整适应直流供电系统中不同工况的运行，其主要是通过改变变换器控制外环的调节电压和比例调节系数，以改变控制器的控制目标，使得变换器满足多种工况下的控制要求。
图4为本发明其中一实施例中的根据控制模式切换指令改变变换器的控制模式的方法流程图，在其中一个实施例中，所述根据所述控制模式切换指令改变所述变换器的控制模式，包括如下步骤S210至S230。
S210：根据所述建立直流母线电压指令控制所述变换器调整直流母线的母线电压，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接。
S220：根据响应交流频率指令控制所述变换器，减小所述变换器对所述母线电压的敏感度。
S230：根据响应直流电压指令控制所述变换器，增大所述变换器对所述母线电压的敏感度。
当变换器收到上位机输出的建立直流母线电压指令时，根据建立直流母线电压指令改变变换器控制外环的调节电压和比例调节系数，以达到控制母线电压缓慢增加的目的，完成启动。当变换器收到上位机输出的响应交流频率指令时，根据响应交流频率指令改变变压器控制外环的比例调节系数，减小变换器对所述母线电压的敏感度，以达到响应交流频率的目的。当变换器收到上位机输出的响应直流电压指令时，根据响应直流电压指令改变变压器控制外环的比例调节系数，增大变换器对所述母线电压的敏感度，以达到响应直流电压的目的。通过调整控制外环的调节电压和比例调节器系数，即可完成变换器的模式切换。当接受上位机的切换模式指令时，通过改变这些参数，完成模式切换，满足系统的不同工况运行要求。
图5为本发明其中一实施例中的启动直流供电系统并与直流母线建立连接的方法流程图，在其中一个实施例中，所述根据所述建立直流母线电压指令控制所述变换器调整直流母线的母线电压，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接，包括如下步骤S211至S212。
S211：按照第一调节速率增大所述变换器的输出功率。
S212：利用所述变换器的输出功率将所述母线电压增大至预设母线电压值，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接。
当变换器收到上位机输出的建立直流母线电压指令时，变换器的控制电路根据建立直流母线电压指令按照第一调节速率对变换器的输出功率进行调节。在本实施例中，第一调节速率为一个较小的速率，可以根据实际应用中的调节要求对第一调节速率进行调整。利用变换器的输出功率对母线电压进行调整，使母线电压以较小的速率从0缓慢增加，以达到控制母线电压缓慢增加的目的，完成启动。
图6为本发明其中一实施例中的变换器的控制外环的电路示意图，控制外环根据功率控制公式输出指令功率p，控制外环通过指令功率p对VSG控制环进行调整。所述功率控制公式为：
p＝k*(Uref-U)；
其中，p为指令功率，k为比例调节系数，Uref为调节电压，U为反馈电压。图7为本发明其中一实施例中的控制外环的下垂控制特性示意图。图7中的横坐标为输入控制外环的反馈电压U，纵坐标为控制外环输出的指令功率p。比例调节系数k和调节电压Uref为设定值，根据变换器需要满足的运行工况下的控制要求进行设置。改变调节电压Uref相当于对图7所示的下垂控制特性曲线进行平移，改变调节电压Uref可以调整变换器的输出功率大小。改变比例调节系数k可以改变变换器对直流电压响应的出力大小。
在其中一个实施例中，按照第一调节速率增大所述控制外环的调节电压，以增大所述变换器的输出功率。当变换器收到上位机启动建立直流母线电压指令时，变换器按照第一调节速率增大改变调节电压Uref，从0缓慢增加，以达到控制母线电压缓慢增加的目的。通过调整调节电压Uref可以对控制外环的输出功率进行调整，改变控制外环的控制特性，从而调整变换器的控制目标，控制直流母线上的母线电压达到预设母线电压值。
图8为本发明其中一实施例中的对控制外环比例调节系数的调节方法流程图，在其中一个实施例中，所述方法还包括如下步骤S300至S400。
S300：在按照第一调节速率增大所述控制外环的调节电压时，控制降低所述控制外环的比例调节系数。
S400：在所述调节电压达到第一预设阈值后，根据第二调节速率，将所述比例调节系数增大至第二预设阈值。
在变换器根据建立直流母线电压指令控制母线电压缓慢增加至预设母线电压值时，通过还需要利用变换器对直流供电系统中的电容进行充电。在对电容进行充电时，充电过快可能会对电容造成器件损坏。因此，在缓慢增大控制外环的调节电压的同时，需要适当降低控制外环的比例调节系数，防止过大的比例调节系数导致输出功率增长过快对电容造成损坏。对调节电压按照第一调节速率进行调节时，当调节电压达到第一预设阈值后，电容完成充电，此时可以适当增大控制外环的比例调节系数。根据第二调节速率将所述比例调节系数增大至第二预设阈值。在本实施例中，所述第二调节速率为一较小的速率，即缓慢地将比例调节系数增大，直至增大至第二预设阈值。其中，第一调节速率、第二调节速率、第一预设阈值和第二预设阈值可以根据直流供电系统实际应用中的控制需求选择合适的数值。
在其中一个实施例中，根据响应交流频率指令控制降低所述比例调节系数，以减小所述变换器对所述母线电压的敏感度。当变换器收到上位机输出的响应交流频率指令时，变换器通过降低控制外环的比例调节系数k，以降低变换器对指令母线电压的敏感度，利用VSG控制环本身的频率响应特性，从而达到交流侧频率的目的。
在其中一个实施例中，根据响应直流电压指令控制所述变换器，增大所述变换器对所述母线电压的敏感度。当变换器收到上位机输出的响应直流电压指令时，变换器通过增加控制外环的比例调节系数k，以加大变换器对指令母线电压的敏感度，从而达到响应直流母线电压目的。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项实施例中所述的电子元器件瑕疵定位方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的变换器控制模式切换方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各实施例的变换器控制模式切换方法的方法流程。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变换器控制模式切换方法，应用于直流供电系统，所述直流供电系统包括变换器，其特征在于，包括：
根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令；
根据所述控制模式切换指令改变所述变换器的控制模式。
2.根据权利要求1所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述控制模式切换指令包括建立直流母线电压指令、响应交流频率指令和响应直流电压指令。
3.根据权利要求2所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述根据所述直流供电系统的运行工况，输出控制模式切换指令，包括：
当所述直流供电系统需要启动并与直流母线建立连接时，输出所述建立直流母线电压指令；
当所述直流供电系统需要响应交流侧频率时，输出所述响应交流频率指令；
当所述直流供电系统需要响应直流母线电压时，输出所述响应直流电压指令。
4.根据权利要求3所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述根据所述控制模式切换指令改变所述变换器的控制模式，包括：
根据所述建立直流母线电压指令控制所述变换器调整直流母线的母线电压，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接；
根据响应交流频率指令控制所述变换器，减小所述变换器对所述母线电压的敏感度；
根据响应直流电压指令控制所述变换器，增大所述变换器对所述母线电压的敏感度。
5.根据权利要求4所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述根据所述建立直流母线电压指令控制所述变换器调整直流母线的母线电压，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接，包括：
按照第一调节速率增大所述变换器的输出功率；
利用所述变换器的输出功率将所述母线电压增大至预设母线电压值，完成所述直流供电系统的启动并与直流母线建立连接。
6.根据权利要求5所述的变换器控制模式切换方法，所述变换器包括控制外环，其特征在于，所述按照第一调节速率增大所述变换器的输出功率，包括：
按照第一调节速率增大所述控制外环的调节电压，以增大所述变换器的输出功率。
7.根据权利要求6所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述方法还包括：
在按照第一调节速率增大所述控制外环的调节电压时，控制降低所述控制外环的比例调节系数；
在所述调节电压达到第一预设阈值后，根据第二调节速率，将所述比例调节系数增大至第二预设阈值。
8.根据权利要求7所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述根据响应交流频率指令控制所述变换器，减小所述变换器对所述母线电压的敏感度，包括：
根据响应交流频率指令控制降低所述比例调节系数，以减小所述变换器对所述母线电压的敏感度。
9.根据权利要求7所述的变换器控制模式切换方法，其特征在于，所述根据响应直流电压指令控制所述变换器，增大所述变换器对所述母线电压的敏感度，包括：
根据响应直流电压指令控制增大所述比例调节系数，以增大所述变换器对所述母线电压的敏感度。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9中任一项所述的电子元器件瑕疵定位方法的步骤。
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