專利名稱：一種并網(wǎng)三相電壓源變換器的不對(duì)稱直接功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓源變換器的控制方法，特別是一種并網(wǎng)三相電壓源變換器 的不對(duì)稱直接功率控制方法。
背景技術(shù)：
三相電壓源變換器(vsc)以其功率可雙向流動(dòng)、電流正弦度高、功率因
素及直流母線電壓可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在分 布式能源并網(wǎng)、高壓直流輸電、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域應(yīng)用極為普遍。目前對(duì)
vsc的控制大多停留在理想電網(wǎng)條件下，但是由于實(shí)際電網(wǎng)中經(jīng)常有各類對(duì)
稱、不對(duì)稱故障發(fā)生，而且在電網(wǎng)故障下vsc的一些優(yōu)點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)，因此必
須開(kāi)展電網(wǎng)故障下的運(yùn)行控制研究并提出相應(yīng)控制技術(shù)。相較于對(duì)稱電網(wǎng)故
障，電網(wǎng)不對(duì)稱故障更為頻繁、幾率更大，若在vsc的控制系統(tǒng)中未曾考慮
電網(wǎng)電壓的不對(duì)稱，則很小的不對(duì)稱電壓將造成從電網(wǎng)輸入的有功、無(wú)功功率 發(fā)生振蕩，進(jìn)而引起直流母線電壓的劇烈波動(dòng)，影響到供給負(fù)載的電能質(zhì)量以 及直流母線電容的壽命和安全。在分布式能源特別是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，電網(wǎng)規(guī)范
從電網(wǎng)安全角度出發(fā)要求風(fēng)電機(jī)組能承受最大達(dá)2%的穩(wěn)態(tài)和相對(duì)較大瞬態(tài)不
對(duì)稱電壓而不退出電網(wǎng)，以防引發(fā)后續(xù)的更大電網(wǎng)故障。這就要求作為風(fēng)電機(jī)
組重要組成部分的vsc能在一定程度的不對(duì)稱電網(wǎng)電壓故障下具有持續(xù)運(yùn)行
的能力。目前，國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)興起了對(duì)這種不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下vsc控制 方法與實(shí)施方案的研究。檢索到vsc不對(duì)稱電網(wǎng)條件下運(yùn)行控制的相關(guān)文獻(xiàn)
有
I. 何鳴明，賀益泉潘再平，"不對(duì)稱電網(wǎng)故障下PWM整流器的控制"，電 力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2007,19 (4): 13-17.
II. Song, H.S., Nam, K., "Dual current control scheme for PWM converter under unbalanced input voltage conditions," !Tra肌/wd ￡7ec/row.， vol. 46, no. 5， pp. 953-959， 1999.
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IV. Etxeberria-Otadui， I.， Viscarret， U., Caballero, M.， Rufer, A., Bacha, S., "New optimized PWM VSC control structures and strategies under unbalancedvoltage transients,"腿五7>鍾.嵐五/ec加w., vol. 54, no. 5, pp. 2902-2914， 2007.
V. Yin, B., Oruganti, R.， Panda, S.K.， Bhat， A.K.S.， "An output-power-control strategy for a three-phase PWM rectifier under unbalanced supply conditions," Trara. 五/e"raw., vol. 55， no. 5, pp. 2140-2151, 2008.
不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下，上述文獻(xiàn)提出的方法都是基于對(duì)稱分量理論的矢 量控制方法。這些方法的核心思想是將VSC電流分解為正序和負(fù)序分量，通 過(guò)分別控制VSC電流的正序和負(fù)序分量來(lái)控制VSC的輸出功率，其原理可用 圖1來(lái)說(shuō)明。由IGBT開(kāi)關(guān)管組成的三相全橋整流電路1通過(guò)三相濾波電感5 連接到三相電源，整流電路的輸出端連接到直流母線電容2。兩個(gè)比例積分調(diào) 節(jié)器17-2和17-3分別對(duì)VSC的正、負(fù)序電流作獨(dú)立控制；但為實(shí)現(xiàn)對(duì)正、負(fù) 序VSC電流的分別調(diào)節(jié)，必須首先獲得VSC反饋電流的正、負(fù)序分量，其處 理過(guò)程是利用三相電壓霍爾傳感器6和三相電流霍爾傳感器7分別采集電網(wǎng) 三相電壓C/^和VSC的三相電流4^;采集得到的三相電網(wǎng)電壓信號(hào)J7^和 VSC電流信號(hào)/^分別經(jīng)過(guò)靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊8，得到包含正、負(fù) 序分量的電網(wǎng)電壓綜合矢量^一和VSC電流綜合矢量/^; l/^與/^分別通過(guò) 正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊16、 13，得到在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下正、 反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2^交流量之和的電壓、電流綜 合矢量C/"、 C^和/;、；；然后采用2^頻率陷波器21 (或低通濾波器、1/4 電網(wǎng)電壓基波周期延時(shí)等方法)來(lái)濾除t/;、 t^， /"、 中2^頻率的交流 成分，從而獲得其正、負(fù)序分量C^+、利用單相霍爾電壓 傳感器3采集直流母線電壓信號(hào)^ ， VSC的輸入?yún)⒖加泄π盘?hào)《通過(guò)PI調(diào)節(jié) 器17-1對(duì)直流母線參考電壓與實(shí)際電壓的誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)得到；利用t/; 、 t;以 及VSC的輸入?yún)⒖加泄Αo(wú)功功率信號(hào)P:、《，根據(jù)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下 VSC不同的控制目標(biāo)由VSC電流指令值計(jì)算模塊22計(jì)算獲得VSC的參考電 流指令《+、《_，并與VSC反饋電流信號(hào)/;、；—比較獲得電流誤差信號(hào)， 然后分別在正、反轉(zhuǎn)同歩速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中采用比例積分器17-2和17-3對(duì)誤差 信號(hào)作比例-積分調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)得到的信號(hào)經(jīng)反饋補(bǔ)償解耦模塊23補(bǔ)償解耦獲得 正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的正、負(fù)序VSC輸出電壓參考值tc+、 f/J;， 分別通過(guò)反、正轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊13、 16轉(zhuǎn)換得到定子坐標(biāo)系中的 正、負(fù)序轉(zhuǎn)子電壓參考值1/;+ 、 ，并相加后得到空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM 模塊14的參考信號(hào)t/;，經(jīng)過(guò)SVPWM模塊14調(diào)制獲得VSC的開(kāi)關(guān)信號(hào) 以控制VSC運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下VSC正、負(fù)序電流在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的獨(dú)立閉環(huán)控制，達(dá)到所要求的控制目標(biāo)。此外，該方
法采用軟件鎖相環(huán)24對(duì)電網(wǎng)電壓的頻率和相位進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中，同 樣需要對(duì)三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行正、負(fù)序分解，從而引入一定的檢測(cè)誤差。
由上述分析過(guò)程可見(jiàn)，電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下VSC傳統(tǒng)控制方法的實(shí)質(zhì) 是將不對(duì)稱系統(tǒng)分解成正、負(fù)序?qū)ΨQ分量系統(tǒng)后，再分別在正、反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)正、負(fù)序d、 q軸的解耦控制。雖然VSC正、負(fù)序電流在正、反 轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中各自表現(xiàn)為直流量，分別采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器即可實(shí)現(xiàn)無(wú) 靜差獨(dú)立跟蹤控制，但控制實(shí)施的前提是己實(shí)現(xiàn)對(duì)釆集電流的正、負(fù)序分離。 圖l所示傳統(tǒng)控制方法中正、負(fù)序分離普遍采用了2化頻率陷波器16 (或低通 濾波器、1/4電網(wǎng)電壓基波周期延時(shí)等方法)，分離中除引入延時(shí)外，控制系統(tǒng) 帶寬將受到影響，會(huì)造成動(dòng)態(tài)跟蹤誤差，動(dòng)態(tài)控制效果不理想。更有甚者，該 方法無(wú)法區(qū)分電網(wǎng)電壓是否對(duì)稱，如果VSC運(yùn)行在嚴(yán)格電網(wǎng)電壓平衡狀態(tài)下， 控制系統(tǒng)仍將采用陷波器來(lái)分離電壓、電流信號(hào)，這將給系統(tǒng)正?？刂茙?lái)不 必要的延時(shí)，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制性能。此外，由于傳統(tǒng)VSC控制方 法僅有電流的正序d、 q軸分量和負(fù)序d、 q軸分量四個(gè)可控量，因此只能在控 制VSC輸入有功、無(wú)功功率平均值之外，再有選擇地控制有功或者無(wú)功功率 中的二倍頻振蕩，而不能同時(shí)控制有功、無(wú)功功率中的二倍頻振蕩，更難以消 除直流母線電壓中的二倍頻波動(dòng)。
綜上所述，亟需探索一種無(wú)需正負(fù)序分解、又能消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起 的VSC直流母線電壓波動(dòng)的控制方法，以適應(yīng)電網(wǎng)對(duì)稱與不對(duì)稱條件下VSC 的運(yùn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種并網(wǎng)三相電壓源變換器vsc的不對(duì)稱直接功率
控制方法，該方法無(wú)需進(jìn)行任何正、負(fù)序分解，免除了由正、負(fù)序分解操作而 引入控制延時(shí)，并且能消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起的無(wú)功功率與直流母線電壓波
動(dòng)，從而有效提高vsc在電網(wǎng)電壓故障條件下的運(yùn)行控制性能，確保供電電能 質(zhì)量和vsc的運(yùn)行穩(wěn)定性及安全。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案，并網(wǎng)三相電壓源變換器vsc的不對(duì)稱直接功率控
制方法，包括以下步驟
(i)利用單相電壓霍爾傳感器采集直流母線電容兩端的直流母線電壓信
號(hào)^;利用三相電壓霍爾傳感器采集電網(wǎng)三相電壓信號(hào)t^e，利用三相電流霍 爾傳感器采集三相電壓源變換器VSC輸入的流過(guò)濾波電感的三相電流信號(hào)
6(ii) 利用不對(duì)稱鎖相環(huán)檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓信號(hào)仏^的角頻率信號(hào)化和相
位信號(hào)《；
(iii) 將采集得到的電網(wǎng)三相電壓信號(hào)仏^和VSCC輸入三相電流信號(hào) 經(jīng)過(guò)靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊，得到靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序分量的電 網(wǎng)電壓綜合矢量t/^和VSC輸出電流綜合矢量/^ ;
(iv) 將得到的靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量r^、 VSC電流綜合矢量 j一經(jīng)過(guò)VSC有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊得到VSC從電網(wǎng)輸入的瞬時(shí)有功功率信 號(hào)^和無(wú)功功率信號(hào)0";
(v) 將直流母線電壓參考信號(hào)《與采集得到的直流母線電壓信號(hào)^經(jīng)過(guò) 減法器計(jì)算得到直流母線電壓誤差信號(hào)，利用比例積分-諧振調(diào)節(jié)器對(duì)"到的 誤差信號(hào)作比例-積分-諧振調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出得到VSC有功功率參考信號(hào)《；
(vi) 將VSC輸入的有功功率信號(hào)&和無(wú)功功率信號(hào)仏與其參考有功功
率信號(hào)《和無(wú)功功率信號(hào)Gi:經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到VSC輸入有功誤差信號(hào)A^ 和無(wú)功功率誤差信號(hào)A&;
(vii) 將得到的有功功率誤差信號(hào)《和無(wú)功功率誤差信號(hào)A込通過(guò)比例 諧振調(diào)節(jié)器作比例-諧振調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)以及三相電網(wǎng)電壓的角頻率 信號(hào)化經(jīng)過(guò)反饋補(bǔ)償解耦模塊實(shí)現(xiàn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦 和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的VSC輸出電壓信號(hào)CC,;
(viii) VSC輸出電壓信號(hào)f/;經(jīng)過(guò)輸出電壓限幅模塊，得到VSC輸出電
壓參考信號(hào)ic;;
(ix) 利用反向同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊和三相電網(wǎng)電壓相位信號(hào)《對(duì) VSC輸出的電壓參考信號(hào)t/:進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得脈寬調(diào)制模塊調(diào)制所需的靜 止坐標(biāo)系中VSC輸出電壓參考信號(hào)CA;，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得 控審ljVSC運(yùn)行的開(kāi)關(guān)信號(hào)&，&,&，控制三相全橋整流電路中IGBT開(kāi)關(guān)管的開(kāi) 通與關(guān)斷；
上述的不對(duì)稱鎖相環(huán)檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓信號(hào)l/^的角頻率信號(hào)^和相位 信號(hào)《，步驟如下 '
(i) 利用反饋相位信號(hào)《對(duì)三相定子電壓信號(hào)進(jìn)行正向同步速旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)變換，得到正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2^交流量之和的電壓綜合矢
(ii) 將得到的正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓綜合矢量C^的g軸分量R,經(jīng)過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器得到三相定子電壓正序分量的頻率^;
(iii) 將得到的頻率信號(hào)^經(jīng)過(guò)積分器積分得到電壓正序分量的相位信號(hào)
《；
(iv) C^經(jīng)過(guò)兩倍頻2^諧振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)與電壓正序分量的 相位信號(hào)《相加，得到反饋相位信號(hào)《。
本發(fā)明提出的控制方法比傳統(tǒng)的正、負(fù)序雙d、 q解耦控制方法大為簡(jiǎn)化, 消除了電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)，同時(shí)比例諧振調(diào)節(jié)器可直接對(duì)有功、無(wú)功功率的平 均值和二倍頻振蕩分量實(shí)施控制，無(wú)需進(jìn)行正、負(fù)序分解，因此不會(huì)引入分解 延時(shí)，有效提高VSC電網(wǎng)故障下的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)控制能力。
本發(fā)明方法適用于除VSC之外的其他采用高頻開(kāi)關(guān)自關(guān)斷器件構(gòu)成的各類 形式PWM控制的三相或單相逆變裝置在平衡與不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下的有效 控制，如太陽(yáng)能、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變裝置，柔性輸電系統(tǒng)的電力電 子逆變裝置即以電力調(diào)速傳動(dòng)中的雙饋電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)變流裝置的有效控制。


圖l是不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下三相電壓源變換器的傳統(tǒng)控制方法的原理圖。
圖2是本發(fā)明的并網(wǎng)三相電壓源變換器的不對(duì)稱直接功率控制方法的原理圖。
圖3是三相電壓源變換器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為電網(wǎng)電壓瞬態(tài)不對(duì)稱條件下的仿真效果圖，圖(A)為未采用本發(fā)明 方法，圖(B)采用本發(fā)明方法。圖(A)和圖(B)中，(a)電網(wǎng)三相電壓(V);
(b) VSC輸入三相電流(A); (c) VSC輸入有功功率參考信號(hào)(W); (d) VSC 輸入有功功率(W); (e) VSC輸入無(wú)功功率(Var) (f)直流母線電壓(V)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖2是本發(fā)明提出的一種并網(wǎng)三相電壓源變換器的不對(duì)稱直接功率控制方 法。以一臺(tái)3kWVSC為例，VSC的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括電網(wǎng)電源25、線路電 阻26、濾波電感5、 IGBT開(kāi)關(guān)管28組成的三相全橋整流電路、直流母線電容2 和負(fù)載電阻27。并網(wǎng)三相電壓源變換器VSC的不對(duì)稱直接功率控制方法，包括 以下步驟
(i)利用單相電壓霍爾傳感器3采集直流母線電容2兩端的直流母線電 壓信號(hào)^;利用三相電壓霍爾傳感器6采集電網(wǎng)三相電壓信號(hào)l/^，利用三相電流霍爾傳感器7采集三相電壓源變換器VSC輸入的流過(guò)濾波電感5的三相 電流信號(hào)/*;
(ii)利用不對(duì)稱鎖相環(huán)20檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓信號(hào)仏^的角頻率信號(hào)w,和 相位信號(hào)《；
(m)將采集得到的電網(wǎng)三相電壓信號(hào)和VSC三相輸出電流信號(hào) 經(jīng)過(guò)靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊8，得到靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序分量的 電網(wǎng)電壓綜合矢量t/一和VSC輸入電流綜合矢量/一；以電網(wǎng)三相電壓為例，靜 止三相到二相坐標(biāo)變換如下式表達(dá)
(iv)將得到的靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量r一、 VSC電流綜合矢量 / ,經(jīng)過(guò)VSC有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊9得到VSC從電網(wǎng)輸入的瞬時(shí)有功功率信 號(hào)^和無(wú)功功率信號(hào)仏；其計(jì)算方法如下式表達(dá)
(v)將直流母線電壓參考信號(hào)與采集得到的直流母線電壓信號(hào)r&經(jīng)過(guò) 減法器計(jì)算得到直流母線電壓誤差信號(hào)，利用比例積分-諧振調(diào)節(jié)器15對(duì)得到 的誤差信號(hào)作比例-積分-諧振調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出得到VSC有功功率參考信號(hào)《； 其計(jì)算方法如下式表達(dá)
其中比例積分-諧振調(diào)節(jié)器的頻域表達(dá)式C^W為
其中，、,K分別為比例、積分、諧振調(diào)節(jié)器的系數(shù)。 (vi)將VSC輸入的有功功率信號(hào)4和無(wú)功功率信號(hào)0"與其參考有功功
率信號(hào)《和無(wú)功功率信號(hào)o:經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到VSC輸入有功誤差信號(hào)A/L
和無(wú)功功率誤差信號(hào)A0";
(viO將得到的有功功率誤差信號(hào)和無(wú)功功率誤差信號(hào)通過(guò)比例 諧振調(diào)節(jié)器10作比例-諧振調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)以及三相電網(wǎng)電壓的角頻 率信號(hào)化經(jīng)過(guò)反饋補(bǔ)償解耦模塊11實(shí)現(xiàn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉 解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的VSC輸出電壓信號(hào)r二 ； t^。
《=。)(《-?？捎孟率奖磉_(dá)
"二
52 +2fflcls + (2<ys):
+ 2" + (2<HS):
其中比例-諧振調(diào)節(jié)器的頻域表達(dá)式Cra W為
d。 )一Mp
、i^/n d力卩 3[/ "
其中，、A分別為比例、諧振調(diào)節(jié)器的系數(shù)。 (viii) VSC輸出電壓信號(hào)t/;經(jīng)過(guò)輸出電壓限幅模塊12，得到VSC輸出 電壓參考信號(hào)tC,;電壓限幅可用下式表達(dá)
《
^y+, — w cmax
其中，^_為vsc的最大輸出電壓。
(ix)利用反向同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊13和三相電網(wǎng)電壓相位信號(hào)《對(duì)
vsc輸出的電壓參考信號(hào)c/:;進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得脈寬調(diào)制模塊14調(diào)制所需
的靜止坐標(biāo)系中VSC輸出電壓參考信號(hào)t/;，該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后 獲得控制VSC運(yùn)行的開(kāi)關(guān)信號(hào)S。,&,&，控制三相全橋整流電路1中IGBT開(kāi) 關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷；其中反向同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊13如下式表達(dá)
《
cos《 sin《 —sin^。 cos0
上述的不對(duì)稱鎖相環(huán)20檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓信號(hào)的角頻率信號(hào)％和相 位信號(hào)《，步驟如下
(i)利用反饋相位信號(hào)《對(duì)三相定子電壓信號(hào)進(jìn)行正向同步速旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)變換16，得到正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2化交流量之和的電壓綜合 矢量C/^;正轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換如下式表達(dá)
《—2cos《sin《
_ _一l-sin《cos《
i」 一丄
2 2
0並洹
2 2 .
(ii)將得到的正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓綜合矢量t^的《軸分量f^經(jīng)過(guò)比例積
10分調(diào)節(jié)器17得到三相定子電壓正序分量的頻率^ ;
(iii) 將得到的頻率信號(hào)A經(jīng)過(guò)積分器18積分得到電壓正序分量的相位 信號(hào)《；
(iv) f^經(jīng)過(guò)兩倍頻2化諧振調(diào)節(jié)器19調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)與電壓正序分量 的相位信號(hào)《相加，得到反饋相位信號(hào)《。兩倍頻2化諧振調(diào)節(jié)器19的頻域表 達(dá)式為
其中，^為諧振調(diào)節(jié)器的系數(shù)。
參照?qǐng)D4 (A)，若不采用本發(fā)明方法，則在電壓不對(duì)稱條件下(0.05-0.15 sec)， VSC的輸入有功、無(wú)功功率、參考有功功率以及直流母線電壓之中都出 現(xiàn)明顯的兩倍頻2化振蕩。
參照?qǐng)D4 (B)，采用本發(fā)明方法之后，VSC輸入無(wú)功功率以及直流母線 電壓之中的兩倍頻2化振蕩被很快抑制；參考有功功率中出現(xiàn)明顯的兩倍頻2化 振蕩，而且實(shí)際有功功率對(duì)參考有功功率進(jìn)行了良好的跟蹤，實(shí)際有功功率中 的兩倍頻2化振蕩用來(lái)抵消濾波電抗在電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)消耗的瞬時(shí)有功功 率，從而保持直流母線電壓的穩(wěn)定。通過(guò)圖4 (A)和圖4 (B)的對(duì)比，可見(jiàn) 采用本發(fā)明的并網(wǎng)三相電壓源變換器的不對(duì)稱直接功率控制方法之后，實(shí)現(xiàn)消 除輸入無(wú)功功率及直流母線電壓波動(dòng)控制目標(biāo)。
綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)的一種并網(wǎng)三相電壓源變換器的不對(duì)稱直接功率控 制方法無(wú)需任何正、負(fù)序分解，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)塊，穩(wěn)態(tài)性能好；在電網(wǎng) 電壓不對(duì)稱的情況下，可以消除直流母線電壓的振蕩，避免直流母線電容受到 損壞。本方法可增強(qiáng)電網(wǎng)不對(duì)稱故障情況下對(duì)VSC的控制能力，實(shí)現(xiàn)了VSC 在電網(wǎng)不對(duì)稱故障下的穿越運(yùn)行。
權(quán)利要求
1. 一種并網(wǎng)三相電壓源變換器的不對(duì)稱直接功率控制方法，其特征在于包括以下步驟(i)利用單相電壓霍爾傳感器(3)采集直流母線電容(2)兩端的直流母線電壓信號(hào)Vdc；利用三相電壓霍爾傳感器(6)采集電網(wǎng)三相電壓信號(hào)Usabc，利用三相電流霍爾傳感器(7)采集三相電壓源變換器VSC輸入的流過(guò)濾波電感(5)的三相電流信號(hào)Isabc；(ii)利用不對(duì)稱鎖相環(huán)(20)檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓信號(hào)Usabc的角頻率信號(hào)ωs和相位信號(hào)θs；(iii)將采集得到的電網(wǎng)三相電壓信號(hào)Usabc和VSC輸入三相電流信號(hào)Isabc經(jīng)過(guò)靜止三相到二相坐標(biāo)變換模塊(8)，得到靜止坐標(biāo)系中包含正、負(fù)序分量的電網(wǎng)電壓綜合矢量Usαβ和VSC輸出電流綜合矢量Isαβ；(iv)將得到的靜止坐標(biāo)系中定子電壓綜合矢量Usαβ、VSC電流綜合矢量Isαβ經(jīng)過(guò)VSC有功、無(wú)功功率計(jì)算模塊(9)得到VSC從電網(wǎng)輸入的瞬時(shí)有功功率信號(hào)Pin和無(wú)功功率信號(hào)Qin；(v)將直流母線電壓參考信號(hào)與采集得到的直流母線電壓信號(hào)Vdc經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到直流母線電壓誤差信號(hào)，利用比例積分-諧振調(diào)節(jié)器(15)對(duì)得到的誤差信號(hào)作比例-積分-諧振調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出得到VSC有功功率參考信號(hào)(vi)將VSC輸入的有功功率信號(hào)Pin和無(wú)功功率信號(hào)Qin與其參考有功功率信號(hào)和無(wú)功功率信號(hào)經(jīng)過(guò)減法器計(jì)算得到VSC輸入有功誤差信號(hào)ΔPin和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQin；(vii)將得到的有功功率誤差信號(hào)ΔPin和無(wú)功功率誤差信號(hào)ΔQin通過(guò)比例諧振調(diào)節(jié)器(10)作比例-諧振調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)以及三相電網(wǎng)電壓的角頻率信號(hào)ωs經(jīng)過(guò)反饋補(bǔ)償解耦模塊(11)實(shí)現(xiàn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中交-直軸間的交叉解耦和動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償，獲取同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的VSC輸出電壓信號(hào)(viii)VSC輸出電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出電壓限幅模塊(12)，得到VSC輸出電壓參考信號(hào)(ix)利用反向同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換模塊(13)和三相電網(wǎng)電壓相位信號(hào)θs對(duì)VSC輸出的電壓參考信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得脈寬調(diào)制模塊(14)調(diào)制所需的靜止坐標(biāo)系中VSC輸出電壓參考信號(hào)該信號(hào)經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制后獲得控制VSC運(yùn)行的開(kāi)關(guān)信號(hào)sa，sb，sc，控制三相全橋整流電路(1)中IGBT開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷。上述的不對(duì)稱鎖相環(huán)(20)檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓信號(hào)Usabc的角頻率信號(hào)ωs和相位信號(hào)θs，步驟如下(i)利用反饋相位信號(hào)對(duì)三相定子電壓信號(hào)Usabc進(jìn)行正向同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換(16)，得到正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中含有直流量與兩倍頻2ωs交流量之和的電壓綜合矢量Usdq；(ii)將得到的正轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓綜合矢量Usdq的q軸分量Usq經(jīng)過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器(17)得到三相定子電壓正序分量的頻率ωs；(iii)將得到的頻率信號(hào)ωs經(jīng)過(guò)積分器(18)積分得到電壓正序分量的相位信號(hào)θs；(iv)Usq經(jīng)過(guò)兩倍頻2ωs諧振調(diào)節(jié)器(19)調(diào)節(jié)后的輸出信號(hào)與電壓正序分量的相位信號(hào)θs相加，得到反饋相位信號(hào)
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的并網(wǎng)三相電壓源變換器(VSC)的不對(duì)稱直接功率控制方法。通過(guò)采集三相電網(wǎng)電壓和VSC的輸入電流信號(hào)，計(jì)算VSC從電網(wǎng)輸入的瞬時(shí)有功和無(wú)功功率，并利用一個(gè)比例諧振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)瞬時(shí)有功、無(wú)功功率與給定有功、無(wú)功功率之間的誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋補(bǔ)償解耦后獲得同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的VSC輸出參考電壓信號(hào)，經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制生成控制VSC運(yùn)行狀況的開(kāi)關(guān)信號(hào)。本發(fā)明方法可消除電網(wǎng)電壓不對(duì)稱引起的直流母線電壓和瞬時(shí)無(wú)功功率的兩倍頻波動(dòng)，且無(wú)需進(jìn)行正負(fù)序分量的分解，避免引入分解延時(shí)和誤差，從而可提高電網(wǎng)不對(duì)稱故障情況下VSC的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能力。
文檔編號(hào)H02M7/12GK101534065SQ20091009787
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者鵬 周, 丹 孫, 瑋 章, 賀益康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)