一種并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種并網(wǎng)變換器的反推直接功率控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)的日益加劇和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生 能源開發(fā)利用及分布式發(fā)電技術(shù)以及高壓直流輸電技術(shù)（HVDC)得到了空前的發(fā)展。電壓 型并網(wǎng)變換器因其具有較好的輸入輸出特性、有功功率和無功功率獨(dú)立調(diào)節(jié)等優(yōu)勢，被廣 泛地應(yīng)用在可再生能源分布式發(fā)電和高壓直流輸電等領(lǐng)域，其在智能電網(wǎng)技術(shù)中也有著十 分重要的作用和地位。
[0003] 矢量控制（VC)和直接功率控制（DPC) -直是并網(wǎng)變換器主流的控制策略。矢量 控制可實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能，但需要較為復(fù)雜的同 步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和電網(wǎng)電壓的相位信息，PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定復(fù)雜，動態(tài)性能稍差。傳 統(tǒng)基于開關(guān)表的直接功率控制（LUT-DPC)無需同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，控制結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài) 響應(yīng)快，但需進(jìn)行滯環(huán)比較和磁鏈扇區(qū)判斷，系統(tǒng)功率波動較大，該方法的穩(wěn)態(tài)性能有待改 進(jìn)?；赑I控制器和空間矢量調(diào)制（SVM)的DPC，可獲得較小的功率波動和恒定開關(guān)頻率， 但PI控制器的引入使其存在與VC相同的問題，另外，這種方法對數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)依賴度 較高，因而魯棒性不強(qiáng)。在一個采樣時間內(nèi)選擇三個矢量的預(yù)測直接功率控制（P-DPC)也 可以獲得較好的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能，且開關(guān)頻率恒定，但需要實(shí)時計(jì)算三個矢量的作用時間， 運(yùn)算量較大，矢量選擇較復(fù)雜。針對以上問題，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)控制性能，對并網(wǎng)變換器 的反推直接功率控制方法進(jìn)行的深入研宄具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種并網(wǎng)變換器的反推直接 功率控制方法，無需增加額外硬件，且控制結(jié)構(gòu)十分簡單，能夠達(dá)到較好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài) 精度。
[0005] -種并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，包括如下步驟：
[0006] (1)采集三相電網(wǎng)電壓ugab。、三相電網(wǎng)電流Igab。、并網(wǎng)變換器的直流母線電壓vdc和 直流側(cè)負(fù)載電流I1Md;
[0007] (2)利用鎖相環(huán)檢測三相電網(wǎng)電壓Ugab。的角頻率《 g;
[0008] (3)分別對三相電網(wǎng)電壓Ugab。和三相電網(wǎng)電流Igab。進(jìn)行Clark變換，得到靜止 a- 0坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓矢量UgaP和電網(wǎng)電流矢量IgaP;
[0009] (4)根據(jù)所述的電網(wǎng)電壓矢量Ugaf^P電網(wǎng)電流矢量Igafi，計(jì)算出并網(wǎng)變換器輸出 的有功功率Pg和無功功率Qg;
[0010] (5)根據(jù)所述的直流母線電壓Vd。、給定的直流母線電壓參考值、直流側(cè)負(fù)載 電流IlMd和有功功率Pg，通過電壓外環(huán)反推控制算法計(jì)算得到有功功率參考值和有功 功率參考值變化率dp/ef/dt;
[0011] (6)根據(jù)所述的有功功率參考值P/rf、給定的無功功率參考值Q/rf、有功功率參考 值變化率dP/ef/dt、電網(wǎng)電壓矢量Ugap和角頻率《g，對所述的有功功率Pg和無功功率Q8進(jìn) 行內(nèi)環(huán)反推直接功率控制，得到調(diào)制電壓矢量Vae ;進(jìn)而根據(jù)所述的調(diào)制電壓矢量Vae通 過SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制）技術(shù)構(gòu)造得到一組PWM信號對并網(wǎng)變換器進(jìn)行控制。
[0012] 所述的步驟（3)中，根據(jù)以下算式對三相電網(wǎng)電壓Ugab。進(jìn)行Clark變換：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，包括如下步驟： (1) 采集三相電網(wǎng)電壓ugab。、三相電網(wǎng)電流Igab。、并網(wǎng)變換器的直流母線電壓vd。和直流 側(cè)負(fù)載電流I1Md; (2) 利用鎖相環(huán)檢測三相電網(wǎng)電壓Ugab。的角頻率《 g; ⑶分別對三相電網(wǎng)電壓Ugab。和三相電網(wǎng)電流Igab。進(jìn)行Clark變換，得到靜止a-0 坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓矢量UgaP和電網(wǎng)電流矢量IgaP; (4) 根據(jù)所述的電網(wǎng)電壓矢量Ugae和電網(wǎng)電流矢量Igae，計(jì)算出并網(wǎng)變換器輸出的有 功功率Pg和無功功率Qg; (5) 根據(jù)所述的直流母線電壓Vd。、給定的直流母線電壓參考值VJ'直流側(cè)負(fù)載電流 IlMd和有功功率Pg，通過電壓外環(huán)反推控制算法計(jì)算得到有功功率參考值P，f和有功功率 參考值變化率dP/ef/dt; (6) 根據(jù)所述的有功功率參考值、給定的無功功率參考值Q/rf、有功功率參考值變 化率dP/ef/dt、電網(wǎng)電壓矢量Ugap和角頻率《g，對所述的有功功率Pg和無功功率Qg進(jìn)行 內(nèi)環(huán)反推直接功率控制，得到調(diào)制電壓矢量Vae ;進(jìn)而根據(jù)所述的調(diào)制電壓矢量Vae通過 SVPWM技術(shù)構(gòu)造得到一組PWM信號對并網(wǎng)變換器進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，其特征在于：所述的 步驟（3)中，根據(jù)以下算式對三相電網(wǎng)電壓Ugab。進(jìn)行Clark變換：
其中：Uga、Ugb、Ug。分別為三相電網(wǎng)電壓Ugab。對應(yīng)A、B、C三相上的相電壓，Uga和UgP對 應(yīng)為電網(wǎng)電壓矢量Ugaf^^a軸分量和|3軸分量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，其特征在于：所述的 步驟（3)中，根據(jù)以下算式對三相電網(wǎng)電流Igab。進(jìn)行Clark變換：
其中：Iga、Igb、Ig。分別為三相電網(wǎng)電流Igab。對應(yīng)A、B、C三相上的相電流，I8。和I#對 應(yīng)為電網(wǎng)電流矢量Igafi的a軸分量和|3軸分量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，其特征在于：所述的 步驟（4)中，根據(jù)以下算式計(jì)算并網(wǎng)變換器輸出的有功功率Pg和無功功率Qg:
其中：Uga和UgP對應(yīng)為電網(wǎng)電壓矢量UgaP的a軸分量和0軸分量，Igc^PIgP對應(yīng) 為電網(wǎng)電流矢量Igafi的a軸分量和|3軸分量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，其特征在于：所述的 步驟（5)中，根據(jù)以下算式計(jì)算有功功率參考值P/ef和有功功率參考值變化率dP/ef/dt; ^
dc J 其中：kv為直流母線電壓調(diào)節(jié)參數(shù)，C為并網(wǎng)變換器的直流母線電容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，其特征在于：所述的 步驟（6)中，根據(jù)以下算式對有功功率Pg和無功功率Qg進(jìn)行內(nèi)環(huán)反推直接功率控制：
其中：Va*Ve對應(yīng)為調(diào)制電壓矢量VaP的a軸分量和0軸分量，1^和1分別為有 功功率調(diào)節(jié)參數(shù)和無功功率調(diào)節(jié)參數(shù)，C為并網(wǎng)變換器的直流母線電容，^為三相電網(wǎng)電壓 Ugab。的相電壓幅值，ev二-匕，Lg為并網(wǎng)變換器進(jìn)線電抗器的電感，Uga和UgP對應(yīng) 為電網(wǎng)電壓矢量Ugap的a軸分量和0軸分量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種并網(wǎng)變換器的反推直接功率控制方法，該方法將反推算法與DPC技術(shù)相結(jié)合，首先經(jīng)過電壓外環(huán)反推控制器得到有功功率參考值及其變化率，再將其與無功功率參考值一起輸入到功率內(nèi)環(huán)反推控制器，可計(jì)算得到并網(wǎng)變換器輸出電壓參考值，經(jīng)SVPWM模塊調(diào)制得到開關(guān)信號。整個控制過程都在靜止坐標(biāo)系下進(jìn)行，無需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，且只需要對三個可調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)變換器直流母線電壓的漸進(jìn)跟蹤，同時實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的有效控制以及系統(tǒng)的快速響應(yīng)，控制結(jié)構(gòu)十分簡潔。本發(fā)明在繼承了傳統(tǒng)DPC優(yōu)異動態(tài)性能的同時，可減小電流諧波和功率波動，使得直流母線電壓更平穩(wěn)，并獲得恒定的開關(guān)頻率，具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號】CN104617593
【申請?zhí)枴緾N201410724400
【發(fā)明人】孫丹, 王霄鶴, 方揚(yáng), 鄧倫杰
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月3日