CN116526437A - 一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法及装置 - Google Patents

一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法及装置 Download PDF

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金思聪
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Abstract

本申请公开了一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法及装置，涉及电力系统稳定控制领域，该逆变器电压控制环路的d轴上带有电压前馈环节，电压前馈环节包括滤波器和调节器；电压前馈环节以逆变器桥臂输入电压中的振荡频率分量作为引入信号，并利用滤波器对桥臂输入电压进行过滤得到扰动分量，通过调节器对扰动分量进行调节获得对应的电压前馈信号，将电压前馈信号叠加至d轴的电压参考值处以重塑逆变器的输入阻抗。本申请为电压控制环路的d轴电压参考值引入带有滤波器和PI控制器的电压前馈信号，解决了大功率场景下可能存在的逆变器直流侧桥臂输入电压振荡的情况。

Description

一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法及装置
技术领域
本申请涉及电力系统稳定控制领域，尤其涉及一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法及装置。
背景技术
近年来，随着用电需求的增加，负载种类越来越多，使得供电系统的电路中出现了振荡现象，进而影响了供电系统的稳定运行，现阶段该问题的解决办法是从提升整个系统的低频正阻尼特性角度出发，具体包括两个部分，一是采用无源元件装置，即采用无源电阻，二是采用有源装置或控制算法,前者损耗较大，对经济性不利，工程上一般很少使用，后者一般是利用现有的电力电子装置并结合相关控制算法加以实现，也是当前的主流形式。
专利CN107332259A公开了一种直流送出电网超低频振荡抑制方法及系统，包括对采集的频率信号进行低通滤波，在电网发生的振荡满足预设的超低频振荡判据后，根据频率偏差信号生成控制信号，直流阀控系统根据信号调整直流输出功率，增加系统正阻尼以达到抑制超低频振荡的目的。
专利CN114389287A公开了用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法，包括获取电池储能装置接入直流配电网处的直流电压值和电池储能装置实际电流值；计算得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值并限幅得到用于抑制低频振荡的占空比补偿控制信号最终值；计算占空比控制信号最终值；得到控制驱动信号；对电池储能装置进行控制，从而完成直流配电网低频振荡抑制。该方法在不需要启动信号和额外的硬件电路支持的情况下实现了对直流配电网的低频振荡抑制，降低了直流配电网发生振荡失稳的风险,且能适用于其他为直流配电网提供低频正阻尼特性场合的具有自主开通和关断能力的直流电力电子装置。
但抑制低频振荡只是降低了直流配电网发生振荡失稳的风险，并不能解决大功率场景下可能存在的逆变器直流侧桥臂输入电压振荡的问题。
发明内容
本申请提供的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，旨在解决现有技术中大功率场景下存在的逆变器直流侧输入电压振荡的问题。
为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，所述逆变器电压控制环路的d轴上带有电压前馈环节，所述电压前馈环节包括滤波器和调节器；所述电压前馈环节以所述逆变器桥臂输入电压中的振荡频率分量作为引入信号，并利用所述滤波器对所述桥臂输入电压进行过滤得到扰动分量，通过所述调节器对所述扰动分量进行调节获得对应的电压前馈信号，将所述电压前馈信号叠加至所述d轴的电压参考值处以重塑所述逆变器的输入阻抗。
作为优选，所述滤波器为高通滤波器，所述高通滤波器的中心频率为所述振荡频率分量的1/10—1/5。
作为优选，所述高通滤波器为二阶滤波器，表达式如下：
其中，Gf(s)表示高通滤波器表达式，ωn表示高通滤波器的中心频率，ζ表示阻尼系数，s表示复频率。
作为优选，所述调节器为比例积分调节器，表达式如下：
其中，GPI(s)表示比例积分调节器表达式，KP表示比例系数，KI表示积分系数。
作为优选，所述比例积分调节器表达式系数由阻抗稳定性和前馈控制环路共同决定。
作为优选，所述桥臂输入电压稳定方法，包括以下步骤：
采集逆变器的桥臂输入电压，并利用快速傅里叶变换对所述桥臂输入电压进行分析以确定所述桥臂输入电压是否存在振荡；
于所述桥臂输入电压存在振荡时，提取所述桥臂输入电压中的振荡频率分量，并利用滤波器对所述桥臂输入电压进行分离，得到扰动分量；
通过调节器对所述扰动分量进行调节，获得对应的电压前馈信号；
将所述电压前馈信号叠加至所述d轴的电压参考值上，重塑所述逆变器的输入阻抗。
作为优选，所述方法还包括：于所述桥臂输入电压不存在振荡时，结束流程。
一种桥臂输入电压稳定装置，包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机储存器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行时实现如上所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法。
本发明具有如下有益效果：
(1)本申请为电压控制环路的d轴电压参考值引入带有滤波器和PI控制器的电压前馈信号，解决了大功率场景下可能存在的逆变器直流侧桥臂输入电压振荡的情况。
(2)通过PI控制器的调节增加阻抗稳定性，增大逆变器直流侧输入电压的稳定速度以及逆变器交流侧输出电压的稳定速度，解决了在引入电压前馈信号前期可能存在的逆变器参考电压波动的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的直流供电系统的结构示意图；
图2是本申请提供的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法的流程图；
图3是本申请提供的桥臂输入电压稳定装置的前馈信号引入示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的权利要求书和说明书的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。
本申请提供的直流供电系统如图1所示，该系统包括用于提供电源电压的直流母线，其母线两侧分别并联有多个带有EMI滤波器的逆变器和变换器，以及终端的直流负载，其中，逆变器电压控制环路的d轴带有电压前馈环节，该电压前馈环节包括设置在电压控制环路上的高通滤波器，以及用于调节控制的比例积分控制器即PI控制器。
进一步地，该电压前馈环节以逆变器桥臂输入电压中的振荡频率分量作为引入信号，并利用滤波器过滤桥臂输入电压中的直流分量，得到扰动分量，然后使用PI调节器对扰动分量进行控制调节，获得对应的电压前馈信号，最后将电压前馈信号叠加至d轴的电压参考值处，即可重塑逆变器的输入阻抗。
进一步地，设置在电压前馈环节的滤波器为高通滤波器，其中心频率为逆变器桥臂输入电压中振荡频率分量的1/10—1/5。
进一步地，该高通滤波器为二阶滤波器，表达式如下：
其中，Gf(s)表示高通滤波器表达式，ωn表示高通滤波器的中心频率，ζ表示阻尼系数，s表示复频率,在本实施例中,ζ优选为0.707。
进一步地，设置在电压前馈环节的调节器为比例积分调节器即PI调节器，表达式如下：
其中，GPI(s)表示比例积分调节器表达式，KP表示比例系数，KI表示积分系数。
更进一步，所述比例积分调节器表达式系数由阻抗稳定性和前馈控制环路共同决定。
对于比例系数KP，增大比例系数有利于提高阻抗稳定性，但是增加到一定程度后，会降低桥臂输入电压的稳定速度，因此需要同时考虑阻抗稳定性和桥臂输入电压稳定速度等因素，进行合理取值，从而在不影响阻抗稳定性的情况下，实现桥臂输入电压的稳定；对于积分系数KI，增大积分系数能够提高阻抗稳定性，使d轴电压参考值恢复初始值，但增加至一定程度后，会加剧其振荡，降低桥臂输入电压稳定速度，因此需同时考虑阻抗稳定性和桥臂输入电压稳定速度等因素，进行合理取值，从而在不影响阻抗稳定性的情况下，实现桥臂输入电压的稳定，在本实施例中，KP选用1，KI选用30。
本实施例中利用PI控制器对扰动分量进行调节，不仅可以增加阻抗稳定性，还可以增大逆变器直流侧输入电压的稳定速度以及逆变器交流测输出电压的稳定速度，进而有效应对引入电压前馈信号前期可能出现的逆变器参考电压波动的情况。
基于上述的电压前馈环节，本申请还提供一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，如图2所示，包括以下步骤：
S110、采集逆变器的桥臂输入电压，并利用快速傅里叶变换对所述桥臂输入电压进行分析以确定所述桥臂输入电压是否存在振荡；
S120、于所述桥臂输入电压存在振荡时，提取所述桥臂输入电压中的振荡频率分量，并利用滤波器对所述桥臂输入电压进行分离，得到扰动分量；
S130、通过调节器对所述扰动分量进行调节，获得对应的电压前馈信号；
S140、将所述电压前馈信号叠加至所述d轴的电压参考值上，重塑所述逆变器的输入阻抗。
具体地，当桥臂输入电压不存在振荡时，结束流程。
如图3所示，本申请提供的桥臂输入电压稳定装置中前馈信号的引入过程具体为：在d轴上，桥臂输入电压vin首先经过一个二阶高通滤波器获取对应的扰动分量，随后利用PI控制器对扰动分量进行控制调节，随后将得到的电压前馈信号叠加至d轴电压参考值udref上。
一种桥臂输入电压稳定装置，包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机储存器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行时实现如上所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述逆变器电压控制环路的d轴上带有电压前馈环节，所述电压前馈环节包括滤波器和调节器；所述电压前馈环节以所述逆变器桥臂输入电压中的振荡频率分量作为引入信号，并利用所述滤波器对所述桥臂输入电压进行过滤得到扰动分量，通过所述调节器对所述扰动分量进行调节获得对应的电压前馈信号，将所述电压前馈信号叠加至所述d轴的电压参考值处以重塑所述逆变器的输入阻抗。
2.根据权利要求1所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述滤波器为高通滤波器，所述高通滤波器的中心频率为所述振荡频率分量的1/10—1/5。
3.根据权利要求2所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述高通滤波器为二阶滤波器，表达式如下：
其中，Gf(s)表示高通滤波器表达式，ωn表示高通滤波器的中心频率，ζ表示阻尼系数，s表示复频率。
4.根据权利要求1所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述调节器为比例积分调节器，表达式如下：
其中，GPI(s)表示比例积分调节器表达式，KP表示比例系数，KI表示积分系数。
5.根据权利要求4所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述比例积分调节器表达式系数由阻抗稳定性和前馈控制环路共同决定。
6.根据权利要求1所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述桥臂输入电压稳定方法，包括以下步骤：
采集逆变器的桥臂输入电压，并利用快速傅里叶变换对所述桥臂输入电压进行分析以确定所述桥臂输入电压是否存在振荡；
于所述桥臂输入电压存在振荡时，提取所述桥臂输入电压中的振荡频率分量，并利用滤波器对所述桥臂输入电压进行分离，得到扰动分量；
通过调节器对所述扰动分量进行调节，获得对应的电压前馈信号；
将所述电压前馈信号叠加至所述d轴的电压参考值上，重塑所述逆变器的输入阻抗。
7.根据权利要求1所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法，其特征在于，所述方法还包括：于所述桥臂输入电压不存在振荡时，结束流程。
8.一种桥臂输入电压稳定装置，包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机储存器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行时实现如权利要求1～7中任一项所述的一种用于逆变器的桥臂输入电压稳定方法。
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