基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法技术

本发明专利技术涉及交直流混合微电网领域，具体是一种基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法。本发明专利技术依托控制自由度较高的pqz坐标系进行环流抑制方案的设计。针对不平衡工况等非理想因素对坐标变换精度的影响，提出一种基于四阶广义积分器的参考坐标修正方法，降低了坐标变换的计算误差。提出了一种四环下垂控制的环流抑制方法，对变换器输出电压/相角进行补偿，以减小变换器间的电压相量差，从而实现不平衡工况下的环流抑制。本发明专利技术所提基于pqz理论的并联变换器环流抑制方法，具有较好的环流抑制效果和功率均分能力，且在一定程度上提高了并联变换器的能量传输效率。高了并联变换器的能量传输效率。高了并联变换器的能量传输效率。

【技术实现步骤摘要】
基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法


[0001]本专利技术涉及交直流混合微电网领域，具体为基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法。

技术介绍

[0002]双向功率变换器作为交直流混合微电网中的核心环节之一，在保证交直流子网间能量交互传输的同时，还要提供电压和频率支撑。但随着分布式能源渗透率的不断增加以及电力电子技术的不断发展，单台双向功率变换器很难满足实际工程需求，因此，并联双向功率变换器的冗余设计极大的提高了功率传输能力和微网运行稳定性，得到了越来越多的关注。然而，最为严峻的问题是并联双向功率变换器为环流的流通提供了通道。当环流过大时，将会导致输出电流畸变、开关器件损坏以及功率损耗增大等问题。现阶段对于环流的抑制方法研究主要分为四类。其一，通过增设隔离变压器或对滤波电感进行改造，切断环流通道或增大等效阻抗来实现环流的抑制；其二，通过对不同变换器输出信号的采集，经附加通讯系统输送至中央控制器，此后对变换器下达均流输出参考指令，以达到多变换器均流控制的目的；其三，通过对SVPWM控制的零空间矢量进行修正，减小变换器功率传输过程中的零序分量；其四，通过引入虚拟阻抗控制，增大变换器等效输出阻抗，抑制环流的产生。上述控制算法大多针对三相对称工况的零序环流进行抑制。然而，实际工程中由于大量单相负荷以及电力电子设备的使用，交流子网大多工作在不平衡情况，这将恶化环流的产生，降低并联变换器系统运行稳定性与可靠性。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对交直流混合微电网中并联双向功率变换器由于器件参数差异、线路阻抗不匹配和三相电压不平衡等引起的环流问题，设计了一种基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法。
[0004]本方法采用如下技术方案实现：基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法，该方法包括用于采集交流测电压的交流电压采集模块、采集交流测电流的交流电流采集模块、采集直流母线电压的直流电压采集模块；交流电压采集模块的输出端与参考坐标校正模块的输入端连接，交流电流采集模块的输出端与参考坐标校正模块的输入端连接，直流电压采集模块的输出端与有功下垂控制模块的输入端连接，参考坐标校正模块的输出端与pqz坐标变换模块的输入端连接，pqz坐标变换模块的输出端分别与功率计算模块、电压电流内环控制模块的输入端连接，功率计算模块的输出端分别与无功下垂控制模块、有功下垂控制模块的输入端连接，无功下垂控制模块和有功下垂控制模块的输出端与电压电流内环控制模块的输入端连接，电压电流内环控制模块的输出端与反坐标变换模块的输入端连接，反坐标变换模块的输出端与PWM驱动模块的输入端连接，PWM驱动模块的输出端与双向功率变换器的反馈端连接。
[0005]上述的基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法，包括以下步骤：
[0006]交流电压采集模块采集到交流侧电压U
abc
输入到参考坐标校正模块，交流电流采集模块采集到交流测电流I
abc
输入到参考坐标校正模块；
[0007]参考坐标校正模块采用四阶广义积分器结构，输出校正电压信号U
*abc
和校正电流信号I
*abc
，并输入到pqz坐标变换模块；
[0008]pqz坐标变换模块输出电压和电流的校正pqz坐标分量U
pqzdc
和I
pqzdc
，并分别输入到功率计算模块和电压电流内环控制模块；
[0009]电压和电流的校正pqz坐标分量经功率计算模块计算求得pqz坐标系下瞬时传输功率p、q
z
和q
q
，其中p为瞬时有功功率，q
z
为z轴瞬时无功功率，q
q
为q轴瞬时无功功率；
[0010]所求得z轴瞬时无功功率q
z
和q轴瞬时无功功率q
q
输入到无功下垂控制模块，经公式运算后求得频率参考值，无功下垂控制模块包含两环节控制，其一，采用z轴无功功率与频率间的下垂特性进行频率信号的求取；其二，采用q轴无功功率与频率波动间的下垂特性进行频率信号偏差的求取，并对频率信号进行补偿；公式中，k为第k个变换器，f
kref
为第k个变换器所求取频率参考值，f0为额定频率，n
kz
为第k个变换器z轴无功功率下垂系数，n
kq
为第k个变换器q轴无功功率下垂系数，q
*z
为z轴无功功率额定值，q
kz
为第k个变换器z轴瞬时无功功率，q
*q
为q轴无功功率额定值，q
kq
为第k个变换器q轴瞬时无功功率；
[0011]直流电压采集模块采集直流母线电压U
dc
输入到有功下垂控制模块；
[0012]所求得瞬时有功功率p输入到有功下垂控制模块，经计算后求得电压幅值参考值，有功下垂控制模块包含两环节控制，其一，采用瞬时有功功率与电压幅值间的下垂特性进行电压幅值信号的求取；其二，采用直流电压与电压波动间的下垂特性进行电压偏差信号的求取，并对电压幅值信号进行补偿，公式中，k为第k个变换器，U
kref
为所求取第k个变换器电压幅值参考值，U0为额定电压幅值，m
kp
为第k个变换器有功功率下垂系数，m
kdc
为第k个变换器直流电压下垂系数，p
*
为有功功率额定值，p
k
为第k个变换器瞬时有功功率，U
*dc
为直流电压额定值，U
dc
为直流母线电压；
[0013]无功下垂控制模块和有功下垂控制模块输出电压频率参考值和电压幅值参考值可生成电压在pqz坐标系下的参考信号U
pqzref
，与校正pqz坐标分量U
pqzdc
和I
pqzdc
，共同输入到电压电流内环控制模块；
[0014]电压电流内环控制模块采用电压和电流双环控制，电压内环的输出电压用于精确跟踪由下垂控制生成的电压参考信号U
pqzref
，电流内环控制旨在使电流跟踪电压环路产生的电流指令，为了抑制环流的产生，增加了额外的z轴内环控制来减少不平衡分量的影响，经电压电流内环控制模块调制电压信号U
pqzref
，经反坐标变换模块转换产生调制电压信号U
abc
，后经PWM模块产生驱动信号并输入到输入到变换器IGBT控制端，实现对变换器并联的环流抑制。
[0015]本专利技术有益效果是：
[0016]本专利技术采用pqz三轴控制取代传统的两轴控制，针对并联双向功率变换器由于开
关动作不同步、器件型号差异以及三相电压不平衡等引起的环流问题，给出基于pqz理论的四环下垂环流抑制方法，可有效抑制并联双向功率变换器的环流产生。
附图说明
[0017]图1是本专利技术所涉及并联双向功率变换器主电路拓扑。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法，其特征在于：该方法包括用于采集交流测电压的交流电压采集模块、采集交流测电流的交流电流采集模块、采集直流母线电压的直流电压采集模块；交流电压采集模块的输出端与参考坐标校正模块的输入端连接，交流电流采集模块的输出端与参考坐标校正模块的输入端连接，直流电压采集模块的输出端与有功下垂控制模块的输入端连接，参考坐标校正模块的输出端与pqz坐标变换模块的输入端连接，pqz坐标变换模块的输出端分别与功率计算模块、电压电流内环控制模块的输入端连接，功率计算模块的输出端分别与无功下垂控制模块、有功下垂控制模块的输入端连接，无功下垂控制模块和有功下垂控制模块的输出端与电压电流内环控制模块的输入端连接，电压电流内环控制模块的输出端与反坐标变换模块的输入端连接，反坐标变换模块的输出端与PWM驱动模块的输入端连接，PWM驱动模块的输出端与双向功率变换器的反馈端连接。2.根据权利要求1所述的基于pqz理论的并联双向功率变换器环流抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：交流电压采集模块采集到交流侧电压U
abc
输入到参考坐标校正模块，交流电流采集模块采集到交流测电流I
abc
输入到参考坐标校正模块；参考坐标校正模块采用四阶广义积分器结构，输出校正电压信号U
*abc
和校正电流信号I
*abc
，并输入到pqz坐标变换模块；pqz坐标变换模块输出电压和电流的校正pqz坐标分量U
pqzdc
和I
pqzdc
，并分别输入到功率计算模块和电压电流内环控制模块；电压和电流的校正pqz坐标分量经功率计算模块计算求得pqz坐标系下瞬时传输功率p、q
z
和q
q
，其中p为瞬时有功功率，q
z
为z轴瞬时无功功率，q
q
为q轴瞬时无功功率；所求得z轴瞬时无功功率q
z
和q轴瞬时无功功率q
q
输入到无功下垂控制模块，经公式运算后求得频率参考值，无功下垂控制模块包含两环节控制，其一，采用z轴无功功率与频率间的下垂特性进行频率信号的求取；其二，采用q轴无功功率与频率波动间的下垂特性进行频率信号偏差的求取，并对频率信号进行补偿；公式中，k为第k个变换器，f

【专利技术属性】
技术研发人员：张佰富，韩肖清，王磊，赵震，杨玉岗，任春光，张一，王祎凡，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：