專利名稱：一種基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子裝置控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，可應(yīng)用于對(duì)鏈?zhǔn)綋Q流器的直流電壓的控制。
背景技術(shù)：
鏈?zhǔn)綋Q流器在工程中應(yīng)用廣泛，其由多個(gè)單相換流鏈構(gòu)成，每個(gè)單相換流鏈由至
少一個(gè)單相模塊(即圖1中的級(jí)聯(lián)模組1......η)構(gòu)成，每個(gè)單相模組包括至少一個(gè)鏈節(jié)，
鏈節(jié)與鏈節(jié)之間可通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)相連接，每個(gè)鏈節(jié)包括H橋型電壓源換流器。鏈?zhǔn)綋Q流器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立分相控制，有利于解決系統(tǒng)的相間平衡問題。其所有鏈接的基本單元結(jié)構(gòu)完全相同，可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)容和維護(hù)，并避免了因開關(guān)器件直接串并聯(lián)使用而產(chǎn)生的問題。鏈?zhǔn)綋Q流器采用普通變壓器接入系統(tǒng)，避免了多重化變壓器帶來(lái)的問題，減小了占地面積，降低了裝置成本。此外，多電平鏈?zhǔn)綋Q流器的輸出的諧波可忽略，不需要濾波器。然而，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)引發(fā)的問題是直流側(cè)電容電壓波動(dòng)劇烈及直流電容電壓不平衡， 協(xié)調(diào)控制難度較大。直流電壓平衡控制通常從能量角度著手，控制換流鏈間及鏈節(jié)之間的能量平衡，而調(diào)節(jié)電容并聯(lián)損耗及變直流電壓控制方法瞬態(tài)響應(yīng)較慢，調(diào)節(jié)范圍受限且損耗較大。針對(duì)鏈?zhǔn)綋Q流器的直流電壓平衡問題，工程中通常采用三級(jí)直流電壓控制，第一級(jí)為全局平均直流電壓控制，解決裝置整體直流側(cè)電壓的穩(wěn)定問題；第二級(jí)控制為換流鏈平均直流電壓控制，實(shí)現(xiàn)相間直流側(cè)電壓平衡；第三級(jí)控制為鏈節(jié)直流電壓控制，實(shí)現(xiàn)鏈節(jié)平衡。上述直流電壓平衡控制方法可以通過(guò)PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成id和iq的電流閉環(huán)，使其在d軸和q軸方向上保持恒定，通過(guò)控制鏈?zhǔn)綋Q流器交換的有功和無(wú)功功率達(dá)到平衡電容電壓目的。但實(shí)現(xiàn)三級(jí)直流控制時(shí)若控制量或反饋量選擇不當(dāng)將導(dǎo)致控制的速度和精度無(wú)法滿足實(shí)際要求。其中第二級(jí)換流鏈平均直流電壓控制決定換流器能否實(shí)現(xiàn)三相平衡，并影響第三級(jí)控制的效果和速度。采用無(wú)功電流反饋量進(jìn)行三相平衡控制，控制原理不明確，控制效果不明顯。所述內(nèi)容提出基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓控制策略，具有控制目標(biāo)明確，響應(yīng)速度快，控制效果良好等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的提出一種基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，該控制方法通過(guò)調(diào)節(jié)任意兩相的功率偏差達(dá)到補(bǔ)償各相換流鏈平均直流電壓不平衡的目的。本發(fā)明的基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，其特征在于該控制方法是將三相換流鏈中任意兩相換流鏈的平均直流電壓與所有鏈節(jié)的直流電壓平均值相比較得到兩相換流鏈的平均直流電壓偏差，經(jīng)過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器，將兩相換流鏈的平均直流電壓偏差得到對(duì)應(yīng)相換流鏈的有功功率偏差；有功功率偏差結(jié)合測(cè)量所得的交流側(cè)系統(tǒng)電壓有效值經(jīng)過(guò)負(fù)序電流指令運(yùn)算環(huán)節(jié)，得到三相換流鏈的負(fù)序電流分量指令；經(jīng)過(guò)派克變換環(huán)節(jié)，將三相負(fù)序電流分量指令變換為負(fù)序電流指令的dq軸分量；然后通過(guò)負(fù)序電流解耦控制環(huán)節(jié)，得到負(fù)序調(diào)制波電壓的dq軸分量，隨后進(jìn)行派克反變換得到三相負(fù)序調(diào)制波電壓參考值，控制變流器輸出構(gòu)成閉環(huán)控制。 本發(fā)明的控制方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1)根據(jù)任意兩相直流電壓平均值偏差調(diào)節(jié)負(fù)序電流，即可保證三相功率滿足要求；2)采用該種控制方法的鏈?zhǔn)絊TATC0M控制原理簡(jiǎn)單明確，控制性能優(yōu)良；3)所述控制方法適用于采用鏈?zhǔn)紿橋換流器的其他FACTS裝置，適用范圍寬廣；4)所述控制方法有效地解決了換流鏈平均直流電壓不平衡的問題，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值。


圖1是級(jí)聯(lián)H橋鏈?zhǔn)絊TATC0M主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的鏈?zhǔn)綋Q流器平均直流電壓控制框圖；圖3是鏈?zhǔn)綋Q流器負(fù)序電流指令運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)框圖；圖4是abc-dq派克變換示意圖；圖5是鏈?zhǔn)綋Q流器負(fù)序電流解耦控制的實(shí)現(xiàn)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的控制方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。所述內(nèi)容中的系統(tǒng)電壓，鏈接直流電壓，換流器輸出電流均由測(cè)量環(huán)節(jié)獲得。在電氣量信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)時(shí)，已進(jìn)行濾波處理和歸算。為了更清楚的闡述本發(fā)明的基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法的工作原理，現(xiàn)以級(jí)聯(lián)H橋型STATC0M換流器系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說(shuō)明，該STATC0M結(jié)構(gòu)如附圖 1所示。每相由N個(gè)具有獨(dú)立直流電容的級(jí)聯(lián)型單相逆變器串聯(lián)而成，三相換流鏈采用星型接法，變流器中性點(diǎn)η接地與否不對(duì)本發(fā)明的控制方法造成影響。附圖2為本發(fā)明的基于負(fù)序電流的鏈?zhǔn)綋Q流器平均直流電壓控制方法整體示意圖。本發(fā)明基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法是將三相換流鏈中Α、Β兩相換流鏈的平均直流電壓Vd?！猘、Vdc av0與所有鏈節(jié)的直流電壓平均值Vd。—相減得到的偏差量，通過(guò)比例_積分調(diào)節(jié)器，可得到A、B兩相換流鏈的有功功率偏差、AP:；有功功率偏差Δ/ 、Δ<與交流側(cè)系統(tǒng)電壓有效值Ukms經(jīng)過(guò)負(fù)序電流指令運(yùn)算環(huán)節(jié)，得到ABC三相換流鏈的負(fù)序電流指令4、iL、將三相負(fù)序電流指令進(jìn)行派克變換轉(zhuǎn)化為三相負(fù)序電流指令的dq軸分量O C .隨后通過(guò)負(fù)序電流解耦控制環(huán)節(jié)得到負(fù)序調(diào)制波電壓的dq軸分
MC、V;，負(fù)序調(diào)制波電壓的dq軸分量f/:d、t/;，經(jīng)過(guò)派克反變換得到三相負(fù)序調(diào)制波電壓參考值 /:、 /〖、 /:，控制換流器輸出以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。圖中，ind、ini、end、en(1分別為變流器輸出電流和交流系統(tǒng)電壓經(jīng)過(guò)派克反變換后的dq分量值，、f/;分別為負(fù)序調(diào)制波電壓在dq坐標(biāo)系下的值，f/L、分別為負(fù)序調(diào)制波電壓在α β靜止坐標(biāo)系下的值。圖3給出了圖2中負(fù)序電流指令運(yùn)算環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)框圖，圖3(a)為系統(tǒng)電壓為正弦表達(dá)式時(shí)負(fù)序電流指令運(yùn)算框圖，圖3(b)為系統(tǒng)電壓為余弦表達(dá)式時(shí)負(fù)序電流指令運(yùn)算框圖，負(fù)序電流指令運(yùn)算可以根據(jù)需要按照正弦表達(dá)式或預(yù)先表達(dá)式進(jìn)行，具體實(shí)現(xiàn)方法如下根據(jù)附圖1，設(shè)定H橋型STATC0M換流器所在系統(tǒng)的電壓UsA、UsB、t為 Usa = ^Urms sin( 0
權(quán)利要求
1.一種基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，其特征在于該控制方法是將三相換流鏈中任意兩相換流鏈的平均直流電壓與所有鏈節(jié)的直流電壓平均值相比較得到兩相換流鏈的平均直流電壓偏差，經(jīng)過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器，將兩相換流鏈的平均直流電壓偏差得到對(duì)應(yīng)相換流鏈的有功功率偏差；有功功率偏差結(jié)合測(cè)量所得的交流側(cè)系統(tǒng)電壓有效值經(jīng)過(guò)負(fù)序電流指令運(yùn)算環(huán)節(jié)，得到三相換流鏈的負(fù)序電流分量指令；經(jīng)過(guò)派克變換環(huán)節(jié)，將三相負(fù)序電流分量指令變換為負(fù)序電流指令的dq軸分量；然后通過(guò)負(fù)序電流解耦控制環(huán)節(jié)，得到負(fù)序調(diào)制波電壓的dq軸分量，隨后進(jìn)行派克反變換得到三相負(fù)序調(diào)制波電壓參考值，控制變流器輸出構(gòu)成閉環(huán)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，其特征在于所述負(fù)序電流指令運(yùn)算環(huán)節(jié)為，將有功功率偏差與交流側(cè)系統(tǒng)電壓有效值通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到三相換流鏈的負(fù)序電流分量指令當(dāng)換流器所在系統(tǒng)的電壓UsA、UsB、Usc和流入換流器的電流iA、iB、ic均為正弦函數(shù)時(shí)， 所有換流鏈的負(fù)序電流分量指令表達(dá)式為
3.如權(quán)利要求1所述的基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，其特征在于所述負(fù)序電流解耦控制環(huán)節(jié)為將三相負(fù)序電流指令的dq軸分量&、‘與測(cè)量所得的換流器輸出負(fù)序電流的dq軸分量ind、inq相減所得的偏差經(jīng)過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器后，與dq 軸電流耦合量《Lf。ini、ωLfcInd以及系統(tǒng)電壓的dq軸分量end、％進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算后得到負(fù)序調(diào)制波電壓的dq軸分量、U*nq，進(jìn)行派克反變換后可得到三相負(fù)序調(diào)制波電壓參考值 U:、U:、 /:，控制換流器輸出實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
4.如權(quán)利要求3所述的基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，其特征在于所述負(fù)序電流解耦控制環(huán)節(jié)中數(shù)學(xué)運(yùn)算的控制規(guī)律如下式
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種基于負(fù)序電流的換流鏈平均直流電壓的控制方法，將三相換流鏈中任意兩相的平均直流電壓與所有鏈節(jié)的直流電壓平均值相比較得到兩相換流鏈的平均直流電壓偏差，經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)器得到對(duì)應(yīng)相換流鏈的有功功率偏差；有功功率偏差結(jié)合交流側(cè)系統(tǒng)電壓有效值經(jīng)負(fù)序電流指令運(yùn)算環(huán)節(jié)，得到三相換流鏈的負(fù)序電流分量指令；經(jīng)派克變換環(huán)節(jié)將三相負(fù)序電流分量指令變換為負(fù)序電流指令的dq軸分量；然后通過(guò)負(fù)序電流解耦控制環(huán)節(jié)得到負(fù)序調(diào)制波電壓的dq軸分量，隨后進(jìn)行派克反變換得到三相負(fù)序調(diào)制波電壓參考值，控制變流器輸出構(gòu)成閉環(huán)控制。該方法有效地解決了換流鏈平均直流電壓不平衡的問題，具有控制性能優(yōu)良、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102170243SQ201110108448
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者劉雋, 包海龍, 吳家華, 周飛, 宗波, 胡為進(jìn), 荊平, 蔡林海, 鄧占鋒 申請(qǐng)人:上海市電力公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院