[发明专利]低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法

权利要求书

1.一种低压大功率并网制氢电源装置的控制方法，所述低压大功率并网制氢电源装置包括一个整流器模组、一个并联逆变器模组、一个中频移相四绕组降压变压器、一个三相二极管不控整流桥组、与三相二极管不控整流桥组对应的低压滤波电路组和制氢装置；

所述并联逆变器模组中包括N个相同的逆变器模组，每个逆变器模组由一个三电平三桥臂逆变器和一个LCL电路组成，所述LCL电路包括顺序串联的三相桥臂侧电感和三相变压器侧电感，三相星型连接滤波电容接入三相桥臂侧电感和三相变压器侧电感之间；N个逆变器模组中的N个三电平三桥臂逆变器的正极并联后构成并联逆变器模组的共直流母线正端，N个逆变器模组中的N个三电平三桥臂逆变器的负极并联后构成并联逆变器模组的共直流母线负端；N个逆变器模组中的N个三相变压器侧电感输出端并联后与中频移相四绕组降压变压器的高压侧相连接；

所述整流器模组包括三相降压变压器、三相整流桥滤波电感、两电平三桥臂整流桥和整流器模组滤波电容，三相降压变压器的高压侧与中高压交流电网相连接，三相降压变压器的低压侧与三相整流桥滤波电感的输入端相连接，三相整流桥滤波电感的输出端与两电平三桥臂整流桥的三相输入端相连接，两电平三桥臂整流桥的输出端与整流器模组滤波电容并联后接入并联逆变器模组的共直流母线正负端；

所述三相二极管不控整流桥组包括四个相同的三相二极管整流桥，所述中频移相四绕组输出降压变压器的低压输出端分别与四个三相二极管整流桥的输入端相连接；所述低压滤波电路组包括八个相同的直流滤波电感和一个直流输出滤波电容；在三相二极管不控整流桥组的四个三相二极管整流桥中，每个三相二极管整流桥输出端的正极和负极各接入一个直流滤波电感，与三相二极管整流桥输出端正极相连的四个直流滤波电感的输出侧并联在一起后接在直流输出滤波电容的正极，与三相二极管整流桥输出端负极相连的四个直流滤波电感的输出侧并联在一起后接在直流输出滤波电容的负极，直流输出滤波电容并联接入制氢装置的输入端；

所述中频移相四绕组降压变压器包括一个高压绕组和四个低压绕组，其中高压绕组为星型连接，低压绕组中的四个绕组从上到下依次为角型连接、星型连接、星型连接和角型连接；

其特征在于，本发明所述的控制方法的步骤如下：

步骤1，采样与坐标变换

步骤1.1，参数设定

将并联逆变器模组中的N个逆变器模组中的任一个逆变器模组记为主逆变器模组，其他N-1个逆变器模组记为从逆变器模组i，i＝2，3，…，N；将主逆变器模组中的三电平三桥臂逆变器记为主逆变器、主逆变器模组中的三相桥臂侧电感记为主桥臂侧电感L₁₁、主逆变器模组中的三相变压器侧电感记为主变压器侧电感L₂₁、主逆变器模组中的三相星型连接滤波电容记为主滤波电容C₁₁；将从逆变器模组i中的三电平三桥臂逆变器作为从逆变器并记为从逆变器i、从逆变器模组i中的三相桥臂侧电感记为从桥臂侧电感L_1i、从逆变器模组i中的三相变压器侧电感记为从变压器侧电感L_2i、从逆变器模组i中的三相星型连接滤波电容记为从滤波电容C_1i；

步骤1.2，采样

对整流器模组采集以下数据：整流器模组直流输出电压U_dc0，三相整流桥滤波电感电流i_L0a,i_L0b,i_L0c，三相降压变压器低压侧电压E_0a,E_0b,E_0c；

对并联逆变器模组采集以下数据：主逆变器的主滤波电容电压u_C1a,u_C1b,u_C1c，主逆变器的主桥臂侧电感电流i_L1a,i_L1b,i_L1c，从逆变器i的从滤波电容电压u_C1ai,u_C1bi,u_C1ci，从逆变器i的从桥臂侧电感电流i_L1ai,i_L1bi,i_L1ci；

对中频移相四绕组降压变压器采集以下数据：中频移相四绕组降压变压器高压侧电压E_a,E_b,E_c；

对低压滤波电路组采集直流输出滤波电容端电压U_dc1；

步骤1.3，坐标变换

对三相整流桥滤波电感电流i_L0a,i_L0b,i_L0c进行单同步旋转坐标变换得到三相整流桥滤波电感电流dq分量i_L0d,i_L0q；

对主滤波电容电压u_C1a,u_C1b,u_C1c进行单同步旋转坐标变换得到主滤波电容电压压dq分量U_d1,U_q1，对主桥臂侧电感电流i_L1a,i_L1b,i_L1c进行单同步旋转坐标变换得到主桥臂侧电感电流dq分量i_L1d,i_L1q，对从桥臂侧电感电流i_L1ai,i_L1bi,i_L1ci进行单同步旋转坐标变换得到从桥臂侧电感电流dq分量i_L1di,i_L1qi，对从滤波电容电压u_C1ai,u_C1bi,u_C1ci进行单同步旋转坐标变换得到从滤波电容电压dq分量U_di,U_qi；

步骤2，整流器模组的控制设计

令整流器模组直流输出电压的电压指令为根据步骤1.2得到的整流器模组直流输出电压U_dc0，经过整流器模组直流输出电压控制方程得到整流器模组的有功电流指令令整流器模组的无功电流指令为0；根据步骤1.3得到的整流器模组三相整流桥滤波电感电流dq分量i_L0d,i_L0q，结合整流器模组的有功电流指令和无功电流指令经整流器模组三相整流桥滤波电感电流控制方程得到整流器模组的控制信号u_d0,u_q0；

所述整流器模组直流输出电压控制方程为：

所述整流器模组三相整流桥滤波电感电流控制方程为：

其中，K_{p_dc0}为整流器模组直流输出电压外环比例控制系数、K_{i_dc0}为整流器模组直流输出电压外环积分控制系数，K_{p_i0}为整流器模组三相整流桥滤波电感电流环的比例控制系数，K_{i_i0}为整流器模组三相整流桥滤波电感电流环的积分控制系数，s为拉普拉斯算子；

步骤3，主逆变器的控制设计

根据步骤1.2得到的直流输出滤波电容端电压U_dc1，并令直流输出滤波电容端电压指令为经过主逆变器直流输出电压控制方程得到主逆变器的有功电流指令同时令主逆变器的无功电流指令为0，并将该无功电流指令作为从逆变器i的基准有功无功电流参考指令；根据步骤1.3得到的主桥臂侧电感电流dq分量i_L1d,i_L1q，并结合主逆变器的有功电流指令和无功电流指令经主逆变器电流控制方程得到主逆变器的控制信号u_d,u_q；

所述主逆变器直流输出电压控制方程为：

所述主逆变器电流控制方程为：

其中，K_{p_dc1}为主逆变器直流输出电压外环比例控制系数、K_{i_dc1}为主逆变器直流输出电压外环积分控制系数，K_{p_i1}为主逆变器电流环的比例控制系数，K_{i_i1}为主逆变器电流环的积分控制系数，K_r为主逆变器谐振控制系数，F₁为主逆变器的品质因子，ω₀为中频移相四绕组降压变压器基频角频率；

步骤4，从逆变器i的控制设计

步骤4.1根据主逆变器有功功率方程得到主逆变器的有功功率指令P^*，根据主逆变器无功功率方程得到主逆变器的无功功率指令Q^*，根据从逆变器i有功功率方程得到从逆变器i的有功功率P_i，根据从逆变器i无功功率方程得到从逆变器i的无功功率Q_i；

所述主逆变器有功功率方程和主逆变器无功功率方程为：

所述从逆变器i有功功率方程和从逆变器i无功功率方程为：

P_i＝U_di×i_L1di+U_qi×i_L1qi

Q_i＝U_di×i_L1qi-U_qi×i_L1di

步骤4.2，根据步骤4.1中得到的主逆变器的有功功率指令P^*和无功功率指令Q^*、从逆变器i的有功功率P_i和无功功率Q_i，经过功率控制方程得到从逆变器i的有功电流指令和无功电流指令

所述功率控制方程为：

其中，K_{p_aci}为从逆变器i的功率环比例控制系数，K_{i_aci}为从逆变器i的功率环积分控制系数；

步骤4.3，根据步骤1.3得到的从桥臂侧电感电流dq分量I_L1di,I_L1qi、步骤4.2得到的从逆变器i的有功和无功电流指令经过电流控制方程得到从逆变器i的控制信号u_di,u_qi，所述电流控制方程为：

其中，为从机电压前馈信号，K_pi为从逆变器i的电流环比例控制系数，K_ii为从逆变器i的电流环积分控制系数，K_ri为从逆变器i的谐振控制系数，F_i为从逆变器i的品质因子。