一种交直流母线接口变换器控制方法及终端与流程

1.本发明涉及微电网技术领域，特别涉及一种交直流母线接口变换器控制方法及终端。


背景技术：

2.分布式可再生能源拥有灵活性高、环保低碳等优点，是国家实现碳达峰及碳中和目标的有效构成因素。然而，其出力的不确定性以及负荷供给的随机性，使其难以直接并入大电网。微电网将分布式电源、负荷、接口变换器、保护设备以及储能设备联接在一起。通过微电网的运行控制及能量管理，可以最大化的利用分布式电源并避免对大电网电能质量带来不利影响。根据母线类型不同，将微电网分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。其中，交直流混合微电网俱备交流和直流微电网的优点，可兼容多种交直流负荷和分布式电源，大大减少了多个ac/dc或dc/ac变换器带来的功率损耗。因此，双向ac/dc交直流母线接口变换器是联接混合微电网中交直流母线的关键设备。我们有必要对其进行深入研究。
3.现有文献大多提出的是非隔离型双向ac/dc交直流母线接口变换器。然而，双向非隔离ac/dc交直流母线接口变换器的直流侧和交流侧共模干扰严重。引入变压器是交直流两侧电气隔离及抑制共模干扰的有效手段。
4.与传统工频变压器相比，高频直流变压器体积小、重量轻、损耗低，应用前景广泛。目前，双有源桥式直流变压器(dab
‑
dct)和cllc谐振型直流变压器(cllc
‑
dct)是应用前景最好的两类双向直流变压器。其中，dab
‑
dct具有模块化程度高和动态响应快等优点，一般采用移相控制。但dab
‑
dct回流功率大，软开关范围窄，会降低工作效率。相比于dab
‑
dct，cllc
‑
dct具有软开关范围宽，电磁干扰小，调压能力强，工作效率高等优点，适合用于微电网中。
5.但是，在实际微电网中，交流侧大功率单相负荷的接入和单相负荷在三相系统的不均衡分配等情况皆会导致交流微电网电压不平衡，从而引起交流微电网电流不对称和直流微电网母线电压二倍频脉动，进而造成电能下降，甚至烧毁设备。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种交直流母线接口变换器控制方法及终端，同时解决交流微电网电压不平衡所引起的交流微电网电流不对称和直流微电网母线电压二倍频脉动所带来的影响，保障设备安全。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
8.一种交直流母线接口变换器控制方法，所述交直流母线接口变换器包括三相全桥交直流转换器和直流变压器，所述三相全桥交直流转换器的信号输入端用于连接交流微电网，所述三相全桥交直流转换器的信号输出端用于通过所述直流变压器连接直流微电网的信号输入端，所述直流变压器为基于cllc结构的直流谐振变换器，包括如下步骤：
9.s1、在所述交流微电网发生电压不平衡时，抑制所述三相全桥交直流转换器的负序电流；
10.s2、采集所述直流变压器的第一输出电压；
11.s3、根据所述第一输出电压控制所述直流变压器输出第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
12.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
13.一种交直流母线接口变换器控制终端，所述交直流母线接口变换器包括三相全桥交直流转换器和直流变压器，所述三相全桥交直流转换器的信号输入端用于连接交流微电网，所述三相全桥交直流转换器的信号输出端用于通过所述直流变压器连接直流微电网的输出端，所述直流变压器为基于cllc结构的直流谐振变换器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器分别与所述三相全桥交直流转换器的控制信号输入端以及所述直流变压器的控制信号输入端相连，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
14.s1、在所述交流微电网发生电压不平衡时，抑制所述三相全桥交直流转换器的负序电流；
15.s2、采集所述直流变压器的第一输出电压；
16.s3、根据所述第一输出电压控制所述直流变压器输出第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
17.综上所述，本发明的有益效果在于：提供一种交直流母线接口变换器控制方法及终端，在交流微电网发生电压不平衡时，通过抑制交直流母线接口变换器中三相全桥交直流转换器的负序电流，使得交流微电网在三相全桥交直流转换器的交流侧产生的电流波形变得对称、正弦化；同时，通过在直流变压器上加入电压前馈的控制方式，抑制了直流变压器第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网母线电压的影响，保障设备安全，保证系统稳定运行。
附图说明
18.图1为本发明实施例的一种交直流母线接口变换器控制方法的步骤示意图；
19.图2为本发明实施例的一种交直流母线接口变换器控制方法中的交直流母线接口变换器的连接结构图；
20.图3为本发明实施例的一种交直流母线接口变换器控制方法中的控制直流变压器的控制时序图；
21.图4为本发明实施例的一种交直流母线接口变换器控制终端的系统框图。
22.标号说明：
23.1、交流微电网；2、三相全桥交直流转换器；3、直流变压器；4、直流微电网；5、一种交直流母线接口变换器控制终端；6、处理器；7、存储器。
具体实施方式
24.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
25.请参照图1至图3，一种交直流母线接口变换器控制方法，所述交直流母线接口变换器包括三相全桥交直流转换器2和直流变压器3，所述三相全桥交直流转换器2的信号输入端用于连接交流微电网1，所述三相全桥交直流转换器2的信号输出端用于通过所述直流变压器3连接直流微电网4的信号输入端，所述直流变压器3为基于cllc结构的直流谐振变换器，包括如下步骤：
26.s1、在所述交流微电网1发生电压不平衡时，抑制所述三相全桥交直流转换器2的负序电流；
27.s2、采集所述直流变压器3的第一输出电压；
28.s3、根据所述第一输出电压控制所述直流变压器3输出第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
29.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种交直流母线接口变换器控制方法，在交流微电网1发生电压不平衡时，通过抑制交直流母线接口变换器中三相全桥交直流转换器2的负序电流，使得交流微电网1在三相全桥交直流转换器2的交流侧产生的电流波形变得对称、正弦化；同时，通过在直流变压器3上加入电压前馈的控制方式，抑制了直流变压器3第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网4母线电压的影响，保障设备安全，保证系统稳定运行。
30.进一步地，所述步骤s3具体包括：
31.s30、计算所述第一输出电压与预设电压值的偏差值，并对所述偏差值进行线性合成，得到第一控制频率；
32.s31、将所述直流变压器3的输入电压进行比例谐振控制，得到第二控制频率；
33.s32、将所述第一控制频率、所述第二控制频率以及所述直流变压器3的谐振频率相加，得到第三控制频率；
34.s33、通过所述第三控制频率控制所述直流变压器3输出所述第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
35.从上述描述可知，谐振型直流变压器3通过改变开关管的开关频率来改变负载的输出阻抗从而调节输出电压。当直流变压器3为谐振型直流变压器3时，将直流变压器3的第一输出电压、输入电压数据等作为生成第三控控制频率的重要数据依据，实现对谐振型直流变压器3的开关频率控制，以调整直流变压器3的输出电压，进而抑制了直流变压器3第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网4母线电压的影响。
36.进一步地，所述并对所述偏差值进行线性合成，得到第一控制频率具体为：
37.对所述偏差值进行pi调节，得到用于控制所述直流变压器3的控制量；
38.将所述控制量记为所述第一控制频率。
39.从上述描述可知，第一控制频率具体由偏差值的比例和积分通过线性组合生成，能够提高直流变压器3运行的稳定性，减少直流微电网4母线电压二倍频脉动带来的误差。
40.进一步地，所述步骤s32具体为：
41.通过pr调节器提取所述直流变压器3的输入电压的交流二倍频分量，作为所述第二控制频率。
42.从上述描述可知，pr调节器提取直流变压器3的输入电压的交流二倍频分量去，起到补偿作用，用于对谐振频率的交流信号进行增益，提高控制精度。
43.进一步地，所述步骤s33具体为：
44.对所述第三控制频率进行脉冲频率调制，得到驱动信号；
45.利用所述驱动信号驱动控制所述直流变压器3输出所述第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
46.从上述描述可知，脉冲频率调制用于将控制频率对应转换成控制谐振型直流变压器3的开关管的脉冲信号。
47.进一步地，所述步骤s1具体为：
48.在交流微电网1发生电压不平衡时，生成所述三相全桥交直流转换器2在同步旋转坐标系下的正序电流指令和负序电流指令；
49.根据所述正序电流指令和所述负序电流指令对所述三相全桥交直流转换器2进行前馈解耦控制，完成对所述负序电流的抑制。
50.从上述描述可知，上述为三相全桥交直流转换器2的负序电流的具体内容，在交流微电网1发生电压不平衡时，将三相全桥交直流转换器2的运行参数转化至同步旋转坐标系这一数学模型下进行分析，便于生成相对应的电流指令来对三相全桥交直流转换器2继续控制。
51.进一步地，所述生成所述三相全桥交直流转换器2在同步旋转坐标系下的正序电流指令和负序电流指令具体包括：
52.通过对称分量法计算所述三相全桥交直流转换器2的三相电压在所述同步旋转坐标系下的正序分量和负序分量，进而计算所述三相全桥交直流转换器2在所述同步旋转坐标系下的传输功率；
53.以正序电压矢量建立坐标系，计算所述传输功率中有功功率稳态分量和无功功率稳态分量；
54.通过所述功功率稳态分量和所述无功功率稳态分量转换得到所述正序电流指令和所述负序电流指令。
55.从上述描述可知，上述为计算正序电流指令和负序电流指令的具体计算过程，利用在同步旋转坐标系下的数学分析计算，得到对三相全桥交直流转换器2在不平衡工况下的控制方法。
56.请参照图4，一种交直流母线接口变换器控制终端5，所述交直流母线接口变换器包括三相全桥交直流转换器2和直流变压器3，所述三相全桥交直流转换器2的信号输入端用于连接交流微电网1，所述三相全桥交直流转换器2的信号输出端用于通过所述直流变压器3连接直流微电网4的输出端，包括存储器7、处理器6及存储在存储器7上并可在所述处理器6上运行的计算机程序，所述处理器6分别与所述三相全桥交直流转换器2的控制信号输入端以及所述直流变压器3的控制信号输入端相连，所述直流变压器3为基于cllc结构的直流谐振变换器，所述处理器6执行所述计算机程序时实现以下步骤：
57.s1、在所述交流微电网1发生电压不平衡时，抑制所述三相全桥交直流转换器2的负序电流；
58.s2、采集所述直流变压器3的第一输出电压；
59.s3、根据所述第一输出电压控制所述直流变压器3输出第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
60.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种交直流母线接口变换器控制终端5，在交流微电网1发生电压不平衡时，通过抑制交直流母线接口变换器中三相全桥交直流转换器2的负序电流，使得交流微电网1在三相全桥交直流转换器2的交流侧产生的电流波形变得对称、正弦化；同时，通过在直流变压器3上加入电压前馈的控制方式，抑制了直流变压器3第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网4母线电压的影响，保障设备安全，保证系统稳定运行。
61.进一步地，所述步骤s3具体包括：
62.s30、计算所述第一输出电压与预设电压值的偏差值，并对所述偏差值进行线性合成，得到第一控制频率；
63.s31、将所述直流变压器3的输入电压进行比例谐振控制，得到第二控制频率；
64.s32、将所述第一控制频率、所述第二控制频率以及所述直流变压器3的谐振频率相加，得到第三控制频率；
65.s33、通过所述第三控制频率控制所述直流变压器3输出所述第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
66.从上述描述可知，谐振型直流变压器3通过改变开关管的开关频率来改变负载的输出阻抗从而调节输出电压。当直流变压器3为谐振型直流变压器3时，将直流变压器3的第一输出电压、输入电压数据等作为生成第三控控制频率的重要数据依据，实现对谐振型直流变压器3的开关频率控制，以调整直流变压器3的输出电压，进而抑制了直流变压器3第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网4母线电压的影响。
67.进一步地，所述并对所述偏差值进行线性合成，得到第一控制频率具体为：
68.对所述偏差值进行pi调节，得到用于控制所述直流变压器3的控制量；
69.将所述控制量记为所述第一控制频率。
70.从上述描述可知，从上述描述可知，第一控制频率具体由偏差值的比例和积分通过线性组合生成，能够提高直流变压器3运行的稳定性，减少直流微电网4母线电压二倍频脉动带来的误差。
71.请参照图1和图2，本发明的实施例一为：
72.一种交直流母线接口变换器控制方法，如图1和图2所示，交直流母线接口变换器包括三相全桥交直流转换器2和直流变压器3，三相全桥交直流转换器2的信号输入端用于连接交流微电网1，三相全桥交直流转换器2的信号输出端用于通过直流变压器3连接直流微电网4的信号输入端，直流变压器3为基于cllc结构的直流谐振变换器，包括如下步骤：
73.s1、在交流微电网1发生电压不平衡时，抑制三相全桥交直流转换器2的负序电流；
74.s2、采集直流变压器3的第一输出电压；
75.s3、根据第一输出电压控制直流变压器3输出第二输出电压，以抑制所述第一输出电压的二倍频脉动对所述第二输出电压的影响。
76.在本实施例中，当交流微电网1电压不平衡时，通过抑制交直流母线接口变换器中三相全桥交直流转换器2的负序电流，使得交流微电网1在三相全桥交直流转换器2的交流侧产生的电流波形变得对称、正弦化；同时，通过在直流变压器3上加入电压前馈的控制方式，抑制了直流变压器3第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网4母线电压的影响，从而使得交流微电网1电压不平衡所带来的负面问题解决，保证交直流系统稳定运行.
77.请参照图2和图3，本发明的实施例二为：
78.一种交直流母线接口变换器控制方法，在上述实施例一的基础上，如图，直流变压器3为谐振型直流变压器3，步骤s3具体包括：
79.s30、计算第一输出电压与预设电压值的偏差值，并对偏差值进行线性合成，得到第一控制频率；
80.在本实施例中，具体如图3所示，第一输出电压与预设电压值的偏差值经过pi调节器进行比例和积分的线性组合，得到控制量，即第一控制频率。其中，v0代表直流变压器3的输出电压，v0*代表预设电压值；f1代表第一控制频率。
81.s31、将直流变压器3的输入电压进行比例谐振控制，得到第二控制频率。
82.在本实施例中，具体如图3所示，通过pr调节器提取直流变压器3的输入电压的交流二倍频分量，作为第二控制频率。其中，v
ab
代表输入电压；f2代表第二控制频率。
83.s32、将第一控制频率、第二控制频率以及直流变压器3的谐振频率相加，得到第三控制频率；
84.s33、通过第三控制频率控制直流变压器3输出第二输出电压，以抑制第一输出电压的二倍频脉动对第二输出电压的影响。
85.在本实施例中，如图3所示，第一控制频率、第二控制频率以及直流变压器3的谐振频率相加后得到的第三控制频率经过pfm调节器进行脉宽调制，得到驱动信号，再用于控制直流变压器3。其中，f
r
代表谐振频率；f
s
代表第三控制频率；vg代表驱动信号。
86.请参照图2，本发明的实施例三为：
87.一种交直流母线接口变换器控制方法，在上述实施例一或二的基础上，如图2所示，步骤s1具体为：
88.在交流微电网1发生电压不平衡时，生成三相全桥交直流转换器2在同步旋转坐标系下的正序电流指令和负序电流指令。
89.具体的生成正序电流指令和负序电流指令的过程如下：
90.首先，通过对称分量法计算三相全桥交直流转换器2的三相电压在同步旋转坐标系下的正序分量和负序分量。具体如下表示式所示：
[0091][0092]
其中，e
a
、e
b
和e
c
代表交流微电网1的三相电压；c
23
表示静止坐标变化矩阵；r(θ)表示正序旋转坐标变换矩阵；r(
‑
θ)表示负序旋转坐标变换矩阵；和表示三相基波电动势的正序分量；和表示三相基波电动势的负序分量。
[0093]
接着，计算三相全桥交直流转换器2在同步旋转坐标系下的传输功率，其表达式如下：
[0094][0095]
其中，和表示三相基波电流的正序分量；和表示三相基波电流的负序分
量；p0表示有功功率稳态分量；q0无功功率稳态分量。并且，在本实施例中仅考虑有功功率稳态分量和无功功率稳态分量。
[0096]
然后，以正序电压矢量建立坐标系，即令三相基波电流的负序分量为0，计算传输功率中有功功率稳态分量和无功功率稳态分量，得到如下表达式：
[0097][0098]
进而，通过功功率稳态分量和无功功率稳态分量转换得到正序电流指令和负序电流指令。正序电路指令的表达式如下：
[0099][0100]
并且，对三相全桥交直流转换器2的直流母线电压进行pi调节，得到与直流侧电压相对应的有功功率，其表达是如下：
[0101][0102]
其中，k1和k2分别表示pi调节的比例系数和积分系数；s表示pi调节器的传递函数；u2表示直流母线电压；u1表示直流母线电压的参考值。另q0＝0，再将有功功率稳态分量的表达式带入正序电路指令，即可得到负序电流指令。
[0103]
最后，根据正序电流指令和负序电流指令对三相全桥交直流转换器2进行前馈解耦控制，完成对负序电流的抑制。
[0104]
请参照图4，本发明的实施例四为：
[0105]
一种交直流母线接口变换器控制终端5，如图4所示，交直流母线接口变换器包括三相全桥交直流转换器2和直流变压器3，三相全桥交直流转换器2的信号输入端用于连接交流微电网1，三相全桥交直流转换器2的信号输出端用于通过直流变压器3连接直流微电网4的输出端，包括存储器7、处理器6及存储在存储器7上并可在处理器6上运行的计算机程序，处理器6分别与三相全桥交直流转换器2的控制信号输入端以及直流变压器3的控制信号输入端相连，处理器6执行上述实施例一、二或三中的一种交直流母线接口变换器控制方法。
[0106]
综上所述，本发明公开了一种交直流母线接口变换器控制方法及终端，在交流微电网发生电压不平衡时，通过建立在同步旋转坐标系下的数学模式计算电流指令，控制三相全桥交直流转换器，以抑制交直流母线接口变换器中三相全桥交直流转换器的负序电流，使得交流微电网在三相全桥交直流转换器的交流侧产生的电流波形变得对称、正弦化；同时，通过在直流变压器上加入电压前馈的控制方式，结合了第一输出电压、输入电压和谐振频率得到用于控制直流变压器的控制量，抑制了直流变压器第一输出电压的二倍频脉动对直流微电网母线电压的影响，保障设备安全，保证系统稳定运行。
[0107]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括
在本发明的专利保护范围。