一种提升电压控制型变流器带载能力的控制方法

1.本技术涉及电压控制型变流器控制策略领域，尤其涉及一种提升电压控制型变流器带载能力的控制方法。


背景技术：

2.储能系统或者柔性直流输电系统等可通过电压控制型变换器提供稳定的交流母线，而风能和光伏发电等可再生能源可通过电流控制型电压源逆变器接入交流母线，以调节系统功率。电力系统中亦存在着电压控制型变流器控制母线电压稳定，亦存在电流控制型电压源整流器为接口的负载。然而，电压控制型变流器与电流控制型变流器级联运行时，系统随着传输有功电流增加将面临严重的谐波振荡问题。若无法抑制该谐波振荡，级联系统将会失稳，严重限制了电压控制型变流器的带载能力。
3.图1为现有技术中典型的电压控制型变流器控制方法的结构示意图，在接入逆变器或者整流器负载时，电压控制型变流器的稳定性极弱，系统传输较小电流时，系统即会出现振荡。图3为采用现有控制方法时电压控制器带整流器负载的实验波形；图4为采用现有控制方法时电压控制器带逆变器负载的实验波形。当负载功率较大时，系统即失稳。
4.优化电压控制型变流器的控制方法可有效提升级联系统稳定性，提升其带载能力。同时考虑到高频稳定性、过载限流和级联稳定性，对电压控制型变流器的控制方法是一个较大挑战。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种提升电压控制型变流器带载能力的控制方法，其技术目的是解决现有电压控制型变流器控制方法带载能力较差的问题，使级联系统稳定性和可传输电流得到有效提升，从而使电压控制型变流器的带载能力得到有效提升。
6.本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种提升电压控制型变流器带载能力的控制方法，该控制方法通过控制系统实现，所述控制系统包括输出电压变换单元、输出电流变换单元、变流器侧电流变换单元、pwm单元以及互为对称的d轴控制模块和q轴控制模块，d轴控制模块和q轴控制模块都包括电压控制器、限幅器和电流控制器；所述输出电压变换单元将变流器输出电压v
abc
变换为两相旋转坐标系下的交流分量v
vd
、v
vq
；所述输出电流变换单元将变流器输出电流i
o,abc
变换为两相旋转坐标系下的交流分量i
vd
、i
vq
；所述变流器测电流变换单元将变流器侧电流i
v,abc
变换为两相旋转坐标系下的交流分量i
od
、i
oq
。
8.各个变换单元(abc/dq单元)的计算公式如下：
9.10.上式中，θv为dq坐标系的旋转角度，其公式为：其中，s表示微分算子，ω表示电压控制型变流器输出交流电压角频率，θv表示初始相位。
11.该控制方法包括d轴控制和q轴控制，所述d轴控制包括：
12.i
od
或i
vd
作为电流反馈乘以系数k作为电流前馈，该电流前馈再和电压控制器的外环输出进行叠加作为限幅器的输入，经过限幅器输出后作为电流控制器的内环输入，获取该内环输入与电流反馈i
od
或i
vd
的差并输入到电流控制器得到内环输出，获取v
vd
与该内环输出的差后输入到pwm单元作为调制指令，控制三相电力电子变流器运行；其中，电压控制器的外环输出为将d轴电压参考值v
vdref
与v
vd
的差作为外环输入输入到电压控制器得到的外环输出。
13.所述q轴控制包括：
14.i
oq
或i
vq
作为电流反馈乘以系数k作为电流前馈，该电流前馈再和电压控制器的外环输出进行叠加作为限幅器的输入，经过限幅器输出后作为电流控制器的内环输入，获取该内环输入与电流反馈i
oq
或i
vq
的差并输入到电流控制器得到内环输出，获取v
vq
与该内环输出的差后输入到pwm单元作为调制指令，控制三相电力电子变流器运行；其中，电压控制器的外环输出为将q轴电压参考值v
vqref
与v
vq
的差作为外环输入输入到电压控制器得到的外环输出。
15.进一步地，系数k的值在0～1之间。
16.进一步地，所述限幅器的幅值为额定电流值的1.2～2倍。
17.进一步地，所述d轴控制选择i
od
作为电流反馈时，所述q轴控制选择i
oq
作为电流反馈；所述d轴控制选择i
vd
作为电流反馈时，所述q轴控制选择i
vq
作为电流反馈。
18.进一步地，所述电压控制器和所述电流控制器都属于pi控制器。
19.本技术的有益效果在于：
20.(1)电压控制型变流器的带载能力得到显著提升，整流器负载或者逆变器负载较大时，系统依然可稳定运行；
21.(2)正常工作状态时，电流反馈和电流前馈可起到相互抑制作用，使得系统高频稳定性得到提升；
22.(3)负载工作较大时，限幅器饱和，使得变流器的输出电流无法继续增加，从而变流器具备过载保护能力，也即本控制方法能兼顾变流器的低频稳定性、高频稳定性和过载限流能力，且仅需要一组电流传感器。
附图说明
23.图1为现有技术中电压控制型变流器控制方法的结构示意图；
24.图2为本技术电压控制型变流器控制方法的结构示意图；
25.图3为采用现有控制方法时电压控制型变流器带整流器负载的实验波形示意图；
26.图4为采用现有控制方法时电压控制型变流器带逆变器负载的实验波形示意图；
27.图5为采用本技术控制方法时电压控制型变流器带整流器负载的实验波形示意图；
28.图6为采用本技术控制方法时电压控制型变流器带逆变器负载的实验波形示意
图；
29.图7为采用本技术控制方法时电压控制型变流器过载限流的实验波形示意图。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本技术技术方案进行详细说明。
31.图2为本技术电压控制型变流器控制方法的结构示意图，本技术所述的控制方法通过图2所示的控制系统来实现。该控制系统包括输出电压变换单元、输出电流变换单元、变流器侧电流变换单元、pwm单元以及互为对称的d轴控制模块和q轴控制模块，d轴控制模块和q轴控制模块都包括电压控制器、限幅器和电流控制器。输出电压变换单元将变流器输出电压v
abc
变换为两相旋转坐标系下的交流分量v
vd
、v
vq
；输出电流变换单元将变流器输出电流i
o,abc
变换为两相旋转坐标系下的交流分量i
vd
、i
vq
；变流器测电流变换单元将变流器侧电流i
v,abc
变换为两相旋转坐标系下的交流分量i
od
、i
oq
。
32.该控制方法包括d轴控制和q轴控制，d轴控制包括：
33.i
od
或i
vd
作为电流反馈乘以系数k作为电流前馈，该电流前馈再和电压控制器的外环输出进行叠加作为限幅器的输入，经过限幅器输出后作为电流控制器的内环输入，获取该内环输入与电流反馈i
od
或i
vd
的差并输入到电流控制器得到内环输出，获取v
vd
与该内环输出的差后输入到pwm单元作为调制指令，控制三相电力电子变流器运行；其中，电压控制器的外环输出为将d轴电压参考值v
vdref
与v
vd
的差作为外环输入输入到电压控制器得到的外环输出。
34.q轴控制包括：
35.i
oq
或i
vq
作为电流反馈乘以系数k作为电流前馈，该电流前馈再和电压控制器的外环输出进行叠加作为限幅器的输入，经过限幅器输出后作为电流控制器的内环输入，获取该内环输入与电流反馈i
oq
或i
vq
的差并输入到电流控制器得到内环输出，获取v
vq
与该内环输出的差后输入到pwm单元作为调制指令，控制三相电力电子变流器运行；其中，电压控制器的外环输出为将q轴电压参考值v
vqref
与v
vq
的差作为外环输入输入到电压控制器得到的外环输出。
36.本技术所采用电压控制器和电流控制器与传统电压控制型变流器的控制方法中的控制器基本一致，依然仅使用一个pi调节器，保持系统结构简单、鲁棒性好的优势，并且图3～图7中的实验结果证明了本技术相较于传统电压控制方法可以有效提升电压控制型变流器的带载能力，且依然具备过载限流能力。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。