基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法。首先系統(tǒng)經(jīng)過(guò)電壓控制單元(2)，給定電壓減去采樣直流電壓udc，將差值輸入調(diào)節(jié)器G1，得到輸出量i；通過(guò)對(duì)直流側(cè)負(fù)載單元(7)中負(fù)載電流的采樣得到iL，iL經(jīng)過(guò)功率前饋單元(3)，得到電網(wǎng)或者負(fù)載變化時(shí)網(wǎng)側(cè)所需的電流id1，將id1前饋到調(diào)節(jié)器G1的輸出端，送入電流控制單元(6)，與G1輸出量相加得到減去d軸實(shí)際電流id，將差值作為調(diào)節(jié)器G2的輸入量；再將電流id1送入電流微差前饋單元(4)，運(yùn)算后得ud1，再與調(diào)節(jié)器G2的輸出相減，得到作為控制量，送入空間矢量發(fā)生單元(5)中，產(chǎn)生6路脈寬調(diào)制信號(hào)，控制直流電壓。本發(fā)明可以最大限度抑制直流電壓波動(dòng)，并減少對(duì)電流跟隨性能的影響。
【專利說(shuō)明】基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法，尤其是一種抑制并網(wǎng)變換器直流直流電壓波動(dòng)的基于功率前饋和電流微差前饋控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三相并網(wǎng)變換器在有源電力濾波(APF)、統(tǒng)一潮流控制(UPFC)、超導(dǎo)儲(chǔ)能(SMES)、電力傳動(dòng)以及太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，也是電網(wǎng)儲(chǔ)能、柔性輸變電、可再生能源發(fā)電、可控負(fù)載等未來(lái)智能電網(wǎng)技術(shù)的主要連接裝置。
[0003]并網(wǎng)變換器的控制受到實(shí)際電網(wǎng)中存在的電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，也受到并網(wǎng)變換器直流側(cè)負(fù)載或電源大范圍突變的擾動(dòng)。這些問(wèn)題的存在都會(huì)引起直流直流電壓的大范圍波動(dòng)，甚至崩潰，影響控制性能，這就要求并網(wǎng)變換器直流母線控制要有較好的抗擾性能。普遍使用的雙閉環(huán)控制中，當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，要實(shí)現(xiàn)直流直流電壓控制，直流電壓需要產(chǎn)生波動(dòng)，再將偏差量通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，才能產(chǎn)生控制。指令產(chǎn)生和傳遞時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間必然較大。依據(jù)這一原因，一般采用一定的前饋控制方法，通過(guò)指令的越級(jí)傳輸，提高的響應(yīng)速度。目前的控制算法主要有兩種:第一種是回饋直流電容電流的方法，由于其回饋?lái)?xiàng)中存在微分環(huán)節(jié)，各種高頻干擾容易放大，且并網(wǎng)變換器直流側(cè)一般做出母排形式，電容電流很難直接檢測(cè)，只能估算，由于損耗等原因，也容易產(chǎn)生估計(jì)誤差。另一方法是基于并網(wǎng)變換器直流側(cè)和電網(wǎng)兩端功率平衡原則，在有功軸電流給定處加入功率前饋?lái)?xiàng)。此方法有利于電流 給定限幅，保證不過(guò)流，但控制實(shí)現(xiàn)還需經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器，響應(yīng)速度仍受到一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法，解決在并網(wǎng)變換器直流側(cè)負(fù)載或電網(wǎng)電壓突變過(guò)程中，兩側(cè)能量不平衡而致使直流電壓大范圍波動(dòng)問(wèn)題，以及采用功率前饋的傳統(tǒng)抑制方法受電流調(diào)節(jié)器參數(shù)制約的缺點(diǎn)。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法包括五個(gè)步驟:步驟一，三相電壓、電流坐標(biāo)變換的實(shí)現(xiàn)；步驟二，控制回路電壓環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)；步驟三，功率前饋及電流控制的實(shí)現(xiàn)；步驟四，電流微差前饋及空間矢量控制量的實(shí)現(xiàn)；步驟五，并網(wǎng)變換器控制信號(hào)的產(chǎn)生；具體步驟如下:
[0007]步驟一，三相電壓、電流坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):
[0008]在三相-兩相靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元中，采樣三相電網(wǎng)電壓、電流，將三相靜止坐標(biāo)系下三相電壓ea，eb, ec和三相電流ia，ib, i。通過(guò)三相-兩相靜止坐標(biāo)變換，得到ea，ee和ia，ie ;在三相-兩相靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元中，再將ea，ee和ia, ?0通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到ed, eq和id, iq,旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時(shí)d軸設(shè)定在三相電網(wǎng)電壓矢量上;[0009]步驟二，控制回路電壓環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):
[0010]系統(tǒng)給定電壓》1減去變換器輸出的直流電壓Ud。得到差值A(chǔ)ud。；將Aud。輸入第一個(gè)PI調(diào)節(jié)器G1 !G1的傳遞函數(shù)為G1 = kPi+kii/s, kp!為比例系數(shù)，Id1為積分系數(shù)；
[0011]步驟三，功率前饋及電流控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):
[0012]采樣直流側(cè)負(fù)載電流k和采樣得到的直流電壓ud。；idl加上G1輸出量再減去電流d軸分量id，送入第二個(gè)PI調(diào)節(jié)器G2的輸入量，得到G2的輸出量；其中ed為步驟I所得的d軸電壓分量，id為步驟I所得的d軸電流分量；G2的傳遞函數(shù)為G2 = kp2+ki2/s, kp2為比例系數(shù)，ki2為積分系數(shù)；
[0013]步驟四，電流微差前饋及空間矢量控制量的實(shí)現(xiàn):
[0014]將通過(guò)功率前饋得到的電流idl減去id得到Λ id ;ed減去k.Λ id，再減去G2的輸出量，得到空間矢量發(fā)生單元(5)的輸入量< ;其中k為前饋系數(shù)，k = LTs-kp2，L為并網(wǎng)變換器電感，Ts為采樣周期，kp2為G2的比例系數(shù)；
[0015]步驟五，并網(wǎng)變換器控制信號(hào)的產(chǎn)生:
[0016]將空間矢量發(fā)生單元的輸入量< 作為控制量，送入空間矢量發(fā)生單元，空間矢量發(fā)生單元產(chǎn)生6路脈寬調(diào)制控制信號(hào)，送入的并網(wǎng)變換器單元中，控制直流電壓。
[0017]有益效果，由于采用了上述方案，克服了傳統(tǒng)的功率前饋控制中受參數(shù)制約，響應(yīng)較慢，直流電壓波動(dòng)幅度較大問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)直流電壓最小波動(dòng)。本發(fā)明提出在有功電流與空間矢量控制量給定處分別加入功率前饋和電流微差前饋的控制方法。通過(guò)無(wú)前饋控制、傳統(tǒng)功率前饋控制和所提前饋控制等三種控制方法的比較分析表明，基于功率前饋和電流微差前饋控制方法可以不削弱電流跟隨性能，并實(shí)現(xiàn)電壓外環(huán)的響應(yīng)速度的最快，實(shí)現(xiàn)直流電壓的最小波動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本發(fā)明的三相并網(wǎng)變換器等效模型圖。
[0019]圖2本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)變換后并網(wǎng)變換器等效電路圖。
[0020]圖3本發(fā)明的基于功率前饋和電流微差前饋控制框圖。
[0021]圖4本發(fā)明的負(fù)載單位階躍擾動(dòng)下直流電壓響應(yīng)圖。
[0022]圖5(a)本發(fā)明的負(fù)載突變時(shí)變換器的響應(yīng)波形圖(無(wú)前饋控制方法，kp2 =5，ki2 = 157)。
[0023]圖5 (b)本發(fā)明負(fù)載突變時(shí)變換器的響應(yīng)波形圖(傳統(tǒng)功率前饋控制方法，kp2 =5，ki2 = 157)。
[0024]圖5(c)本發(fā)明負(fù)載突變時(shí)變換器的響應(yīng)波形圖(基于功率前饋和電流微差前饋控制方法，kp2 = 5，ki2 = 15700)。
[0025]圖5 (d)本發(fā)明負(fù)載突變時(shí)變換器的響應(yīng)波形圖(傳統(tǒng)功率前饋控制方法，kp2 =15，ki2 = 157)。
[0026]圖6 (a)本發(fā)明變換器的穩(wěn)態(tài)波形圖(無(wú)前饋控制方法，kp2 = 5，ki2 = 157)。
[0027]圖6(b)本發(fā)明變換器的穩(wěn)態(tài)波形圖(傳統(tǒng)功率前饋控制方法，kp2 = 5，ki2 =157)。[0028]圖6(c)本發(fā)明變換器的穩(wěn)態(tài)波形圖(基于功率前饋和電流微差前饋控制方法，kp2 = 5，ki2 = 15700)。
[0029]圖6 (d)本發(fā)明變換器的穩(wěn)態(tài)波形圖(傳統(tǒng)功率前饋控制方法，kp2 = 15，ki2 =157)。
[0030]圖7本發(fā)明啟動(dòng)時(shí)變換器的波形圖(基于功率前饋和電流微差前饋控制，kp2 =5，ki2 = 15700)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例1:基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法包括五個(gè)步驟:步驟一，三相電壓、電流坐標(biāo)變換的實(shí)現(xiàn)；步驟二，控制回路電壓環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)；步驟三，功率前饋及電流控制的實(shí)現(xiàn)；步驟四，電流微差前饋及空間矢量控制量的實(shí)現(xiàn)；步驟五，并網(wǎng)變換器控制信號(hào)的產(chǎn)生；具體步驟如下:
[0033]步驟一，三相電壓、電流坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):
[0034]在三相-兩相靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元I中，采樣三相電網(wǎng)電壓、電流，將三相靜止坐標(biāo)系下三相電壓ea，eb, e。和三相電流ia，ib, i。通過(guò)三相-兩相靜止坐標(biāo)變換，得到e α，ee和i α，i e ;在三相-兩相靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元I中，再將e α，ee和?α, ?0通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換， 得到ed, eq和id, iq,旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時(shí)d軸設(shè)定在三相電網(wǎng)電壓矢量上;
[0035]步驟二，控制回路電壓環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):
[0036]系統(tǒng)給定電壓《I減去變換器輸出的直流電壓Ud。得到差值A(chǔ)ud。；將Aud。輸入第一個(gè)PI調(diào)節(jié)器G1 !G1的傳遞函數(shù)為G1 = kPi+ki/s, kp!為比例系數(shù)，Id1為積分系數(shù)；
[0037]步驟三，功率前饋及電流控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):
[0038]采樣直流側(cè)負(fù)載電流k和采樣得到的直流電壓ud。；idl加上G1輸出量再減去電流d軸分量id，送入第二個(gè)PI調(diào)節(jié)器G2的輸入量，得到G2的輸出量；其中ed為步驟I所得的d軸電壓分量，id為步驟I所得的d軸電流分量；G2的傳遞函數(shù)為G2 = kp2+ki2/s, kp2為比例系數(shù)，ki2為積分系數(shù)；
[0039]步驟四，電流微差前饋及空間矢量控制量的實(shí)現(xiàn):
[0040]將通過(guò)功率前饋得到的電流idl減去id得到Λ id ;ed減去k.Λ id，再減去G2的輸出量，得到空間矢量發(fā)生單元5的輸入量"其中k為前饋系數(shù)，k = LTs-kp2，L為并網(wǎng)變換器電感，Ts為采樣周期，kp2為G2的比例系數(shù)；
[0041]步驟五，并網(wǎng)變換器控制信號(hào)的產(chǎn)生:
[0042]將空間矢量發(fā)生單元5的輸入量作為控制量，送入空間矢量發(fā)生單元5，空間矢
量發(fā)生單元5產(chǎn)生6路脈寬調(diào)制控制信號(hào)，送入的并網(wǎng)變換器單元8中，控制直流電壓。
[0043]三相并網(wǎng)變換器的等效模型如圖1所示，空間矢量發(fā)生單元產(chǎn)生的零序電壓是不參與能量傳輸?shù)模员缓雎?。忽略電感的?nèi)阻，根據(jù)模型的三相對(duì)稱性，本發(fā)明只給出三相并網(wǎng)變換器的一相方程組。
【權(quán)利要求】
1.一種基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法，其特征在于，所述的基于功率前饋和電流微差前饋的直流電壓最小波動(dòng)方法包括五個(gè)步驟:步驟一，三相電壓、電流坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)；步驟二，控制回路電壓環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)；步驟三，功率前饋及電流控制的實(shí)現(xiàn)；步驟四，電流微差前饋及空間矢量控制量的實(shí)現(xiàn)；步驟五，并網(wǎng)變換器控制信號(hào)的產(chǎn)生；具體步驟如下: 步驟一，三相電壓、電流坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn):在三相-兩相靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元中，采樣三相電網(wǎng)電壓、電流，將三相靜止坐標(biāo)系下三相電壓ea，eb, ec和三相電流ia，ib, i。通過(guò)三相-兩相靜止坐標(biāo)變換，得到e α，e e和i α，i e ;在三相-兩相靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元中，再將e α，e e和i α，i e通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到ed, eq和id, iq,旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時(shí)d軸設(shè)定在三相電網(wǎng)電壓矢量上；步驟二，控制回路電壓環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn): 系統(tǒng)給定電壓4減去變換器輸出的直流電壓Ud。得到差值A(chǔ)udc^f Aud。輸入第一個(gè)PI調(diào)節(jié)器G1 !G1的傳遞函數(shù)為G1 = kPi+kii/s, kp!為比例系數(shù)，Id1為積分系數(shù)； 步驟三，功率前饋及電流控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn): 采樣直流側(cè)負(fù)載電流k和采樣得到的直流電壓ud。；idl加上G1輸出量再減去電流d軸分量id，送入第二個(gè)PI調(diào)節(jié)器G2的輸入量，得到G2的輸出量；其中ed為步驟I所得的d軸電壓分量，id為步驟I所得的d軸電流分量；G2的傳遞函數(shù)為G2 = kp2+ki2/s, kp2為比例系數(shù)，ki2為積分系數(shù)； 步驟四，電流微差前饋及空間矢量控制量的實(shí)現(xiàn): 將通過(guò)功率前饋得到的電流idl減去id得到八1(1;6(1減去1^.Aid，再減去G2的輸出量，得到空間矢量發(fā)生單元的輸入量;其中k為前饋系數(shù)，k = LTs-kp2，L為并網(wǎng)變換器電感，Ts為采樣周期，kp2為G2的比例系數(shù)； 步驟五，并網(wǎng)變換器控制信號(hào)的產(chǎn)生: 將空間矢量發(fā)生單元的輸入量 < 作為控制量，送入空間矢量發(fā)生單元，空間矢量發(fā)生單元產(chǎn)生6路脈寬調(diào)制控制信號(hào)，送入的并網(wǎng)變換器單元中，控制直流電壓。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103997245SQ201410226788
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】王穎杰, 伍小杰, 韓雪龍, 唐劍波, 閆浩浩, 王文超, 張永磊, 王康安 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)