[发明专利]高过载能量变换电源动态同步转矩控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种高过载能量变换电源的动态同步转矩控制方法及系统，通过动态调节电源内部变换器的虚拟转矩，缩小了柴油机与变换器角频率加速度的差距，有效抑制了柴油机与变换器并联下低频功率振荡，实现过载工况下多通道的同步供电。

技术领域

本发明涉及海岛、港口、码头、船舶供电及控制领域，特别是一种高过载能量变换电源动态同步转矩控制方法及系统。

背景技术

目前，海岛上的民用设施是由本地风/光/柴/储等分布式发电单元所构成的电源系统来保障持续供电。该电源系统往往采用不间断供电方式，能基本满足常规的阻感负荷或恒功率负荷的需求。然而，海岛武器装备等短时高能负荷要求高质量、高过载能量，单独使用柴油机组等发电单元难以满足短时高质、高过载能量的需求。因此，柴油机组需与储能单元联合为短时高能负荷供电。

然而，在柴油机与储能单元并联运行的系统中，为了匹配特殊负荷供电需求，DC/AC变换器必须模拟柴油发电机组的惯性与阻尼特性，工作于虚拟同步机状态，类似于多个同步机并联系统。由于惯性的引入，在柴油机与多台具有虚拟惯性的分布式电源并联系统中，负载突变时往往会引起功率振荡。对于多台均同时工作于虚拟同步控制模式的变换器并联系统，通常采用惯量匹配方法来抑制系统功率振荡。然而，对于虚拟同步机与柴油机并联系统，由于柴油机惯量、阻尼系数等参数都是固定无法调节的变量，且柴油机一经研制，控制系统也基本无法更改，很难实现并联系统的惯量匹配。因此，很难通过惯量匹配方法来解决柴油机与虚拟同步机并联系统功率振荡问题，尤其是在高能脉冲负载的运行工况下，系统功率变化频繁，工作于电压源下的变换器很容易与柴油机发电机组发生持续低频功率振荡，导致供电系统难以提供高质可靠供电，严重时甚至造成电力电子设备的损坏，这将严重制约重要的高能武器装备性能发挥。

高过载能量电源拓扑结构如图1所示，在过载时包含三条供电回路：第一供电回路为：柴油发电机组经开关S₁直接供电；第二条供电回路为：储能单元经双向DC/DC变换器、前级PWM变换器与柴油发电机组并联经开关S₁给负荷供电；第三条供电回路为：储能单元经双向DC/DC变换器、后级PWM变换器以及开关S₂为负荷提供电能。其中，P₀、Q₀表示柴油机组的输出有功功率和无功功率，P₁、Q₁表示前级PWM变换器的输出有功功率和无功功率，P₂、Q₂表示后级PWM变换器的输出有功功率和无功功率，u₁、i₁表示前级PWM变换器的输出电压和电流，u₂、i₂表示后级PWM变换器的输出电压和电流，DC表示直流侧端口，AC表示三相交流母线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高过载能量变换电源动态同步转矩控制方法及系统，抑制柴油机与变换器并联下低频功率振荡，实现过载工况下多通道的同步供电。其中，高过载电源指的是过载时可短时提供数倍额定容量的能量输出的电源。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高过载能量变换电源动态同步转矩控制方法，包括以下步骤：

1)采样前级PWM变换器、后级PWM变换器三相输出电压u_i、输出电流i_i以及柴油发电机组输出电压u₀；其中，i＝1表示所采样的数据为前级PWM变换器的电压、电流；i＝2表示所采样的数据为后级PWM变换器的电压、电流；

2)利用所述前级PWM变换器、后级PWM变换器三相输出电压u_i、输出电流i_i分别计算前级PWM变换器、后级PWM变换器的有功功率P_ei和无功功率Q_ei，并利用锁相环获取柴油发电机组输出电压角频率ω₀和相角φ₀；