[发明专利]基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源及电源控制方法

权利要求书

1.基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源控制方法，所述整流电源包括电压源型PWM变换器、移相全桥变换器、多脉波晶闸管变换器、三相LC滤波器、直流平波电抗器L1、直流平波电抗器L2、解耦电容器Cs；所述的移相全桥变换器、电压源型PWM变换器、三相LC滤波器、直流平波电抗器L2和解耦电容器Cs构成两级AC-DC变换器；

所述电压源型PWM变换器的桥臂为三相两电平结构，电压源型PWM变换器的相桥臂中点通过所述三相LC滤波器与电网连接，电压源型PWM变换器的输出端与所述的解耦电容器Cs并联连接，移相全桥变换器输入端与解耦电容器Cs并联连接，移相全桥变换器输出端与直流平波电抗器L2的一端连接；

所述多脉波晶闸管变换器一次侧与电网连接，多脉波晶闸管变换器二次侧与直流平波电抗器L1的一端连接；电压源型PWM变换器和移相全桥变换器串联构成辅助功率回路，直流平波电抗器L1的另一端和平波电抗器L2的另一端并联连接至电解槽负载；

其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，获取三相交流电源的输入电压va，vb，vc、多脉波晶闸管变换器三相输入电流ira，irb，irc、电压源型PWM变换器三相输入电流ica，icb，icc、解耦电容器两端反馈电压vCs、多脉波晶闸管变换器的输出电流idc1、移相全桥变换器输出电流idc2、整流电源输出电压udc和输出电流idc；

步骤二，对所述的三相交流电源的输入电压va、vb、vc进行派克变换得到同步旋转坐标系下的输入电压的dq分量vd、vq；对所述的多脉波晶闸管变换器的三相输入电流ira、irb、irc进行派克变换得到同步旋转坐标系下的dq分量ird、irq；对所述的电压源型PWM变换器三相输入电流ica、icb、icc进行派克变换得到同步旋转坐标系下的dq分量icd、icq；

步骤三，利用锁相算法对同步旋转坐标系下的输入电压的q轴分量vq的误差进行积分，得到三相交流输入电压的周期和参考相位θ；

步骤四，对多脉波晶闸管变换器的输入电流的dq分量ird、irq进行DFT滑窗均值滤波得到输入电流的dq分量的基波电流分量ird1、irq1，对多脉波晶闸管变换器的输出电流idc1进行DFT滑窗均值滤波得到多脉波晶闸管变换器的输出电流的平均值idc1_avg，通过ird和ird1的差值得到整流电源的谐波电流d轴补偿指令值irdh，通过irq和irq1的差值得到整流电源的谐波电流q轴补偿指令值irqh，通过idc1和idc1_avg的差值得到整流电源的纹波电流补偿指令值Δidc1；

步骤五，根据解耦电容器电压参考值VCs*与解耦电容器两端的反馈电压vCs的差值得到电压误差，电压误差经过解耦电容器电压控制器后得到电压源型PWM变换器的输入电流有功控制量idCS，根据多脉波晶闸管变换器的输出电流参考idc1*和多脉波晶闸管变换器的输出电流的平均值idc1_avg的差值得到的电流误差，经过多脉波晶闸管变换器的输出电流控制器输出多脉波晶闸管变换器的触发角α；

步骤六，根据获得的icd、icq、vd、vq、vCs、VCs*、irdh、irqh、idCS作为电压源型PWM变换器的输入电流控制器的输入信号，输入电流控制器输出第一调制信号；通过vCs与VCs*相除得到增益调节系数VCs*/vCs，通过所述的电压源型PWM变换器的输入电流参考值的dq分量id*，iq*与反馈输入电流的dq分量icd，icq做差，经过重复控制和PI控制得到中间控制信号ud1，uq1，其中

控制方程为

通过所述的中间控制信号与所述的电解制氢整流电源的输入电压的dq分量vd，vq叠加后乘上增益调节系数VCs*/vCs得到第一调制信号ud，uq；

根据获得的Δidc1、idc2、idc、vCs、VCs*作为移相全桥变换器的输出电流控制器的输入信号，输出电流控制器输出第二调制信号；通过vCs与VCs*相除得到电压前馈调节系数Kd，通过将反馈负载电流idc经过负载电流前馈补偿器得到电流前馈信号，通过所述的移相全桥变换器的输出电流参考值idc2*与反馈输出电流idc2做差，误差信号加上电流前馈信号经过PR控制和PI控制得到中间控制信号d，其中

控制方程为

通过所述的中间控制信号d乘上电压前馈调节系数Kd得到第二调制信号uref；

步骤七，通过步骤五和六中所述的触发角α、第一调制信号、第二调制信号，通过对第一调制信号作派克反变换得到第三调制信号，第三调制波信号与载波信号比较后生成电压源型PWM变换器的驱动信号；通过对第二调制波信号与载波信号比较后生成移相全桥变换器的驱动信号；通过对触发角α信号与相位信号θ比较后生成多脉波晶闸管变换器的驱动信号；

步骤八，根据电压源型PWM变换器的驱动信号，电压源型PWM变换器输入与多脉波晶闸管变换器输入侧产生的谐波电流大小相等方向相反的补偿电流ica、icb、icc；根据移相全桥变换器的驱动信号，移相全桥变换器输出与多脉波晶闸管变换器输出侧产生的纹波电流大小相等方向相反的补偿电流idc2。

2.根据权利要求1所述的基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源控制方法，其特征在于，所述的DFT滑窗均值滤波采用如下公式：

式中，l个周期内采样次数为N，第i个采样点的采样值为i (i)，前一个周期内最滞后的采样值为i (i-N)；其中的为第l个周期输入电流的dq分量的基波电流d轴分量，为第i个采样点的输入电流的dq分量的基波电流d轴分量，为第i个采样点的前一个周期内最滞后的输入电流的dq分量的基波电流d轴分量，为第l个周期输入电流的dq分量的基波电流q轴分量，第i个采样点的输入电流的dq分量的基波电流q轴分量，为第i个采样点的前一个周期内最滞后的输入电流的dq分量的基波电流q轴分量，为第l个周期多脉波晶闸管变换器的输出电流，为第i个采样点多脉波晶闸管变换器的输出电流，为第i个采样点的前一个周期内最滞后的多脉波晶闸管变换器的输出电流；

通过ird和ird1的差值得到整流电源的谐波电流d轴补偿指令值ir dh，通过irq和irq1的差值得到整流电源的谐波电流q轴补偿指令值ir qh，通过idc1和idc1_avg作差得到电解制氢整流电源的纹波电流补偿指令值Δidc1。