[发明专利]一种直流变流器的功率主从控制方法

摘要

本发明公开了一种直流变流器功率主从控制方法。该控制方法在考虑无功补偿的LCL参数重新设计下，提出了模块并联逆变器的功率主从控制，主控逆变器采用模块并联逆变器直流侧电压外环，桥臂侧电流内环的双环结构，维持系统从新能源发电单元获取的有功功率恒定；从控逆变器根据主控逆变器的基准电流以及电压采用功率外环，桥臂侧电感电流内环的双环控制结构，补偿了系统中频变压器励磁以及漏感引起的无功功率，维持了系统有功及无功功率均分，实现了直流变流器模块并联均流，提高了系统传输效率。

主权项

1.一种直流变流器的功率主从控制方法，其特征在于,所述直流变流器包括一个并联逆变器模块、一个中频四绕组输出升压变压器、四个三相二极管整流桥以及对应的两个高压滤波电路，其中：所述并联逆变器模块中包括N个三电平三桥臂逆变桥和对应的N个拓扑结构相同的LCL电路；在N个拓扑结构相同的LCL电路中，每一个桥臂侧电感数值相同并均记为L₁，每一个滤波电容数值相同并均记为C，每一个变压器侧滤波电感数值相同并均记为L₂；在N台逆变器中，1台逆变器记为主控逆变器，其余N‑1记为从控逆变器，N台逆变器直流侧相并联并与发电单元直流母线相连接；在N台逆变器中，每一台逆变器中的三电平三桥臂逆变桥的输出端接入对应的桥臂侧电感L₁的输入端，桥臂侧L₁的输出端与滤波电容C、变压器侧滤波电感L₂的输入端相连接，其中滤波电容C为星型连接方式，N台逆变器的变压器侧滤波电感L₂的输出端相并联后与所述中频四绕组输出升压变压器的原边侧相连接，所述中频四绕组输出升压变压器的副边侧与所述四个三相二极管整流桥的输入端连接；本发明所述的功率主从控制方法，包括如下步骤：步骤1，获取考虑无功补偿下的LCL参数；步骤1.1，采样并联逆变器模块的直流侧电压U_dc，则桥臂侧电感L₁、滤波电容C和变压器侧滤波电感L₂的取值按照以下公式计算获得：其中，M为调制度，M＝2U_1m/U_dc，U_1m为交流输出电压，Δi_max为桥臂侧电感电流纹波的最大值，f_s为并联逆变器模块中开关管的开关频率，X_c为滤波电容的容抗，f₀为中频四绕组输出升压变压器基频，ω₀为中频四绕组输出升压变压器基频角频率；步骤1.2，考虑中频四绕组输出升压变压器励磁以及漏感引起的无功功率，对上述LCL电路参数中的容抗X_c按照以下公式计算获得，以进行无功补偿；Q＝Q_m+Q_σ其中：U₁为中频四绕组输出升压变压器原边相电压有效值，U₂为中频四绕组输出升压变压器副边相电压有效值，Q为交流输出侧总的无功功率，Q_m为中频四绕组输出升压变压器的励磁产生的无功功率，Q_σ为中频四绕组输出升压变压器漏感引起的换相重叠角产生的无功功率，L_m为中频四绕组输出升压变压器的励磁电感，L_σ为中频四绕组输出升压变压器的漏感，P_dc为有功功率，为交流侧中频四绕组输出升压变压器副边电压与电流的相位差，α为触发角，γ为换相重叠角，I_d为直流输出电流，m为中频四绕组输出升压变压器脉波次数；步骤2，采样及坐标变换；所述采样包括对主控逆变器的采样和对从控逆变器的采样；对主控逆变器采集以下数据：主控逆变器的变压器侧交流电压u_a,u_b,u_c,主控逆变器桥臂侧电感电流i_La,i_Lb,i_Lc；将N‑1台中的任一台从控逆变器记为从控逆变器i,i＝1,2...N‑1；对从控逆变器i采集以下数据：从控逆变器i桥臂侧电感电流i_Lai,i_Lbi,i_Lci，从控逆变器i的变压器侧交流电压u_ai,u_bi,u_ci；所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对主控逆变器的变压器侧交流电压u_a,u_b,u_c和主控逆变器桥臂侧电感电流i_La,i_Lb,i_Lc分别进行旋转坐标变换得到主控逆变器的变压器侧交流电压的dq分量U_d,U_q和主控逆变器桥臂侧电感电流的dq分量I_Ld,I_Lq；对从控逆变器i的变压器侧交流电压u_ai,u_bi,u_ci和从控逆变器i桥臂侧电感电流i_Lai,i_Lbi,i_Lci分别进行旋转坐标变换得到从控逆变器i的变压器侧交流电压的dq分量U_di,U_qi和从控逆变器i桥臂侧电感电流的dq分量I_Ldi,I_Lqi；步骤3，根据步骤1采样得到的并联逆变器模块直流侧电压U_dc和给定的直流侧电压指令经过直流侧电压控制方程得到主控逆变器的有功电流指令同时根据步骤2得到的主控逆变器的交流侧电压的dq分量U_d,U_q，经过幅值计算后得到电压幅值U_c；再根据给定的交流侧电压指令通过电压下垂控制方程得到主控逆变器的无功电流指令并将该无功电流指令作为从控逆变器i的基准有功无功电流参考指令；直流侧电压控制方程为：幅值计算方程为：电压下垂控制方程为：其中，K_{p_dc}为直流电压外环比例控制系数、K_{i_dc}为直流电压外环积分控制系数，τ为滤波时间常数，n为下垂控制系数，s为拉普拉斯算子；步骤4，经过有功功率计算方程得到来自主控逆变器的有功功率指令P^*和从控逆变器i的有功功率P_i，经过无功功率计算方程计算得到无功功率指令Q^*以及和无功功率Q_i；有功功率计算方程为：P_i＝U_di×I_Ldi+U_qi×I_Lqi无功功率计算方程为：Q_i＝U_di×I_Lqi‑U_qi×I_Ldi步骤5，根据步骤4中得到的来自主控逆变器的有功功率指令P^*和无功功率指令Q^*以及从控逆变器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}为从控逆变器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6，根据步骤2中得到的主控逆变器桥臂侧电感电流dq的分量I_Ld,I_Lq，从控逆变器桥臂侧电感电流dq的分量I_Ldi,I_Lqi，步骤3中得到的主控逆变电流指令以及步骤5中得到的从控逆变器的有功和无功电流指令经过电流控制方程得到主控逆变器的控制信号，所述电流控制方程为：其中，u_d为主控逆变器的电压控制信号d轴分量，u_q为主控逆变器的电压控制信号q轴分量，u_di为从控逆变器i的电压控制信号d轴分量，u_qi为从控逆变器i的电压控制信号q轴分量，K_p为主控逆变器的电流环比例控制系数，K_pi为从控逆变器i的电流环比例控制系数，K_i为主控逆变器的电流环积分控制系数，K_ii为从控逆变器i的电流环积分控制系数，K_r为主控逆变器的谐振控制器比例系数，K_ri为从控逆变器i的谐振控制器比例系数，Q_i为主控逆变器的品质因子，Q_ii为从控逆变器i的品质因子。