[发明专利]电压控制型新能源变流器的有功功率直接控制方法

权利要求书

1.一种电压控制型新能源变流器的有功功率直接控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、采样新能源变流器的输出相电压E_oa，E_ob，E_oc、桥臂电感电流I_La，I_Ld，I_Lc，并经单同步旋转坐标变换分别得到输出电压dq轴分量E_od，E_oq和电感电流dq轴分量I_Ld，I_Lq，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴；

步骤2、根据步骤1中得到的输出电压dq轴分量E_od，E_oq和电感电流dq轴分量I_Ld，I_Lq计算新能源变流器输出瞬时有功功率P_o和新能源变流器输出瞬时无功功率Q_o，并经一阶低通滤波器进行滤波，得到新能源变流器输出平均有功功率和新能源变流器输出平均无功功率，并分别记为输出平均有功功率和输出平均无功功率

所述输出平均有功功率和输出平均无功功率计算式分别为：

其中T_f为一阶低通滤波器的时间常数，s为拉普拉斯算子；

步骤3、根据步骤2中得到的输出平均有功功率经过有功外环控制算法得到新能源变流器输出电压角频率，并记为角频率ω_ref，角频率ω_ref经积分运算得到相角指令θ_ref；

所述有功外环控制算法具体步骤如下：

首先根据上一计算周期的新能源变流器输出电压角频率ω_ref′，经调速器比例控制，得到调速器所需的有功功率P_ω，其计算式为：

P_ω＝K_ω(ω₀-ω_ref′)

其中，ω₀为新能源变流器输出电压的额定频率，K_ω为调速器比例控制系数；

其次，将调速器所需的有功功率P_ω加上给定的有功指令分量P_ref1，得到新能源变流器功率外环控制的有功指令P_m，其计算式为：

其中，P_ref为新能源变流器总的有功指令，λ为有功功率直接控制的参与因子，D_ω为阻尼系数；

然后，将新能源变流器功率外环控制的有功指令P_m、输出平均有功功率经过虚拟惯性环节和有功指令前馈分量P_ref2，得到新能源变流器输出电压角频率ω_ref，其计算式为：

P_ref2＝λP_ref

其中，J_ω为变流器的虚拟惯量；

所述角频率ω_ref经积分运算得到相角指令θ_ref的计算式为：

θ_ref＝∫ω_ref

步骤4、根据步骤2中得到的输出平均无功功率经过无功外环控制算法得到电压闭环控制d轴指令E_dref；

所述无功外环控制算法为电压-无功功率线性下垂控制，计算式为：

其中，E^*为新能源变流器额定输出相电压幅值，n为新能源变流器的无功功率下垂系数；

步骤5、设电压闭环控制q轴指令E_qref＝0，将步骤4中得到的电压闭环控制d轴指令E_dref与步骤1中得到的输出电压d轴分量E_od，经过d轴电压闭环控制，得到电感电流闭环控制的d轴指令I_Ldref；将电压闭环控制q轴指令E_qref与步骤1中得到的输出电压q轴分量E_oq，经过q轴电压闭环控制，得到电感电流闭环控制q轴指令I_Lqref；

所述d轴电压闭环控制和q轴电压闭环控制的方程分别为：

I_Ldref＝(E_qref-E_od)G_V(s)

I_Lqref＝(E_qref-E_oq)G_V(s)

其中，G_V(s)为电压闭环比例积分调节器，其表达式为：

G_V(s)＝K_pv+K_iv/s

K_pv为电压闭环比例调节器系数，K_iv为电压闭环积分调节器系数；

步骤6、将步骤5中得到的电感电流闭环控制d轴指令I_Ldref与步骤1中得到的电感电流d轴分量I_Ld，经过d轴电感电流闭环控制，得到d轴输出信号E_d；将步骤5中得到的电感电流闭环控制q轴指令I_Lqref与步骤1中得到的电感电流q轴分量I_Lq，经过q轴电感电流闭环控制，得到q轴输出信号E_q；

所述d轴电感电流闭环控制和q轴电感电流闭环控制的方程分别为：

E_d＝(I_Ldref-I_Ld)G_I(s)

E_q＝(I_Lqref-I_Lq)G_I(s)

G_I(s)为电感电流闭环比例调节器，其表达式为：

G_I(s)＝K_p

其中K_p为电感电流闭环比例调节器系数；

步骤7、将步骤4中得到的电压闭环控制d轴指令E_dref和步骤5中得到的电压闭环控制q轴指令E_qref作为电压指令前馈，分别加上步骤6中得到的d轴输出信号E_d和q轴输出信号E_q，得到dq坐标系下的调制波E_md，E_mq；

E_md＝E_dref+E_d

E_mq＝E_qref+E_q

步骤8、将步骤7中得到的dq坐标系下的调制波E_md，E_mq经单同步旋转坐标反变换得到新能源变流器桥臂电压的三相调制波E_ma，E_mb，E_mc，经调制后作为IGBT电路的驱动信号。