一种直流母线相间能量均衡控制方法、装置、系统及介质与流程

本技术涉及电力电子变换器控制，尤其涉及一种直流母线相间能量均衡控制方法、装置、系统及介质。

背景技术：

1、角形串并联柔性互联装置通过能量平衡模块与并联型级联全桥变换器注入的环流交互，实现直流母线的整体能量平衡。然而，实际工程中由于三相器件参数不对称等因素，三相直流母线电压会出现不均衡，导致输出电压不对称、电流畸变等问题，影响装置稳定运行。因此，需对三相直流母线进行相间能量均衡控制。

2、现有的直流母线簇间均衡策略，通过在能量平衡模块的固有输出三倍频电压上叠加额外的三倍频电压分量，与并联型级联全桥变换器主动注入的环流中的三倍频分量交互，实现三相直流母线间的能量转移。然而，该方式中叠加的附加电压与固有输出电压均为三倍频，属于同频叠加，将直接导致能量平衡模块输出电压峰值的显著升高。电压峰值的升高对功率器件的耐压等级需要更高的要求，因此增加了装置的体积与成本。

技术实现思路

1、本技术提供了一种直流母线相间能量均衡控制方法、装置、系统及介质，能够解决现有技术的直流母线相间能量均衡控制方法对硬件成本要求高的问题。

2、本技术一些实施例中提供了一种直流母线相间能量均衡控制方法，应用于控制系统，所述控制系统包括：串联变换器和并联型级联全桥变换器，所述串联变换器包括能量平衡模块；所述控制方法，包括：

3、获取所述串联变换器的三相直流母线电压以及三相直流母线平均电压；

4、根据所述三相直流母线电压与三相直流母线平均电压的偏差，生成附加基频电压指令值；

5、将所述附加基频电压指令值叠加至所述能量平衡模块的固有输出电压指令值，生成最终调制电压；

6、通过所述最终调制电压控制所述能量平衡模块输出附加基频电压，以使所述附加基频电压与所述并联型级联全桥变换器主动注入的环流中的零序基频电流分量进行功率交互，实现三相直流母线间的能量均衡。

7、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过在能量平衡模块的固有输出电压上叠加附加基频电压，与并联型级联全桥变换器主动注入的环流中的零序基频电流分量进行功率交互，实现三相直流母线间的能量均衡。相较于现有技术中叠加同频三倍频电压的方案，本技术采用基频附加电压与固有输出电压混合叠加的方式，由于不同频率电压分量的峰值不会同向叠加，有效降低了能量平衡模块输出电压的峰值，从而提高了直流母线电压利用率，降低了对功率器件耐压等级的要求和装置整体成本。

8、进一步地，所述三相直流母线电压，包括：a相直流母线电压、b相直流母线电压以及c相直流母线电压；所述根据所述三相直流母线电压与三相直流母线平均电压的偏差，生成附加基频电压指令值，包括：

9、计算所述a相直流母线电压与所述三相直流母线平均电压的第一差值，以及所述b相直流母线电压与所述三相直流母线平均电压的第二差值；

10、将所述第一差值以及所述第二差值分别输入对应的比例积分控制器，得到所述a相直流母线电压对应的第一附加基频电压指令值以及所述b相直流母线电压对应的第二附加基频电压指令值；

11、根据所述第一附加基频电压指令值以及所述第二附加基频电压指令值的和，生成所述c相直流母线电压对应的第三附加基频电压指令值。

12、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过将a相和b相直流母线电压分别与三相平均电压比较，经比例积分控制器独立生成对应的附加基频电压指令值，并以两相之和取反的方式得到c相的附加基频电压指令值。该方式保证了三相附加基频电压指令值的总和为零，使得附加电压与环流交互产生的三相总功率为零，从而在不影响直流母线整体能量平衡的前提下，精确实现三相直流母线间的能量重分配。

13、进一步地，所述将所述第一差值以及所述第二差值分别输入对应的比例积分控制器，得到所述a相直流母线电压对应的第一附加基频电压指令值以及所述b相直流母线电压对应的第二附加基频电压指令值，包括：

14、将所述第一差值输入第一比例积分控制器，得到第一控制输出量；

15、将所述第二差值输入第二比例积分控制器，得到第二控制输出量；

16、将所述第一控制输出量和所述第二控制输出量，分别与预构建的基频正弦信号相乘，得到第一交流量和第二交流量；

17、根据所述零序基频电流分量的符号，确定所述第一交流量和所述第二交流量的符号方向，以分别得到所述第一附加基频电压指令值和所述第二附加基频电压指令值。

18、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过将差值信号先经比例积分控制器处理得到控制输出量，再与预构建的基频正弦信号相乘赋予交流特性，最后根据零序基频电流分量的符号确定电压方向，分步生成了附加基频电压指令值。该分步处理方式将幅值调节、频率赋予和方向判定解耦，使得各环节参数可独立设计和优化，提高了控制的灵活性和精度。同时，根据零序基频电流分量的符号确定电压方向，确保了附加基频电压与环流之间始终产生正确的功率交互方向，保证了能量均衡的有效性。

19、进一步地，所述基频正弦信号的构建过程，包括：

20、从所述零序基频电流分量中提取相位以及工频角速度；

21、根据所述相位以及所述工频角速度，构建所述基频正弦信号。

22、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过从零序基频电流分量中提取相位和工频角速度来构建基频正弦信号，使得附加基频电压的相位与环流中的零序基频电流分量保持同步。该相位同步机制确保了附加基频电压与零序基频电流分量之间能够产生稳定的有功功率交互，避免了因相位偏差导致的功率振荡或无功环流，提高了能量均衡控制的稳定性和效率。

23、进一步地，所述固有输出电压指令值为固定的三倍频电压指令值；所述将所述附加基频电压指令值叠加至所述能量平衡模块的固有输出电压指令值，生成最终调制电压，包括：将所述附加基频电压指令值与所述固有输出电压指令值进行矢量叠加，得到所述最终调制电压。

24、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过基频与三倍频的混合调制，相比于现有技术中三倍频与三倍频的同频叠加，有效降低了调制电压的峰值，提高了直流电压利用率。矢量叠加的方式保证了两种电压分量在调制过程中独立可控，互不干扰。

25、进一步地，所述通过所述最终调制电压控制所述能量平衡模块输出附加基频电压，以使所述附加基频电压与所述并联型级联全桥变换器主动注入的环流中的零序基频电流分量进行功率交互，实现三相直流母线间的能量均衡，包括：

26、基于所述最终调制电压，控制所述能量平衡模块输出所述附加基频电压以及所述三倍频电压指令值对应的三倍频电压；

27、通过所述附加基频电压与所述零序基频电流分量进行功率交互，以分配所述三相直流母线间的能量；

28、通过所述三倍频电压与所述并联型级联全桥变换器主动注入的环流中的三倍频电流分量进行功率交互，以保持所述三相直流母线的能量均衡。

29、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：基于最终调制电压控制能量平衡模块同时输出附加基频电压和三倍频电压，其中附加基频电压与零序基频电流分量交互实现三相直流母线间的能量重分配，三倍频电压与三倍频电流分量交互维持三相直流母线的整体能量平衡。本技术通过频分解耦，将相间能量均衡控制与整体能量平衡控制相互分离，两个控制目标分别由不同频率分量独立承担，避免了控制回路之间的相互干扰，提高了系统的稳定性和控制精度。

30、本技术另一实施例还提供了一种直流母线相间能量均衡控制装置，应用于控制系统，所述控制系统包括：串联变换器和并联型级联全桥变换器，所述串联变换器包括能量平衡模块；所述控制装置，包括：采集模块、第一生成模块、第二生成模块以及控制模块；

31、所述采集模块，用于获取所述串联变换器的三相直流母线电压以及三相直流母线平均电压；

32、所述第一生成模块，用于根据所述三相直流母线电压与三相直流母线平均电压的偏差，生成附加基频电压指令值；

33、所述第二生成模块，用于将所述附加基频电压指令值叠加至所述能量平衡模块的固有输出电压指令值，生成最终调制电压；

34、所述控制模块，用于通过所述最终调制电压控制所述能量平衡模块输出附加基频电压，以使所述附加基频电压与所述并联型级联全桥变换器主动注入的环流中的零序基频电流分量进行功率交互，实现三相直流母线间的能量均衡。

35、进一步地，所述三相直流母线电压，包括：a相直流母线电压、b相直流母线电压以及c相直流母线电压；所述第一生成模块，包括：第一计算单元、第二计算单元以及第三计算单元；所述第一生成模块，用于根据所述三相直流母线电压与三相直流母线平均电压的偏差，生成附加基频电压指令值，包括：

36、所述第一计算单元，用于计算所述a相直流母线电压与所述三相直流母线平均电压的第一差值，以及所述b相直流母线电压与所述三相直流母线平均电压的第二差值；

37、所述第二计算单元，用于将所述第一差值以及所述第二差值分别输入对应的比例积分控制器，得到所述a相直流母线电压对应的第一附加基频电压指令值以及所述b相直流母线电压对应的第二附加基频电压指令值；

38、所述第三计算单元，用于根据所述第一附加基频电压指令值以及所述第二附加基频电压指令值的和，生成所述c相直流母线电压对应的第三附加基频电压指令值。

39、本技术另一实施例还提供了一种直流母线相间能量均衡控制系统，包括：串联变换器和并联型级联全桥变换器，所述串联变换器包括能量平衡模块，所述串联变换器和所述并联型级联全桥变换器通过本技术直流母线相间能量均衡控制方法的步骤进行控制。

40、本技术另一实施例还提供了一种计算机可读存储介质项，包括：存储的计算机程序，在计算机程序运行时，控制计算机可读存储介质所在的设备执行如本技术直流母线相间能量均衡控制方法的步骤。