大容量隔離型直流換流器變pi變頻率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法。本發(fā)明根據(jù)控制器不同的工作模式設(shè)置對(duì)應(yīng)的檔位，每個(gè)檔位設(shè)置不同的PI參數(shù)，檔位隨著工作模式的轉(zhuǎn)變進(jìn)行切換。本發(fā)明通過設(shè)置換流器穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)檔位的PI參數(shù)，有效保證換流器穩(wěn)態(tài)時(shí)控制頻率較低，變壓器原邊電壓正負(fù)半波對(duì)稱，無中點(diǎn)電位偏移，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)變壓器偏磁及噪聲均顯著改善。
【專利說明】大容量隔離型直流換流器變Pl變頻率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大容量隔離型直流換流器能夠?qū)⒅懈邏褐绷麟娮儞Q為低壓直流，并提供輸入輸出的電氣隔離功能。隨著直流電制在陸地電力系統(tǒng)以及機(jī)車、船舶、孤島等獨(dú)立電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，同時(shí)，未來分布式智能電網(wǎng)也將被普遍推廣，大容量隔離型直流換流器有著廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]大容量隔離型直流換流器屬于間接式DC/AC/DC結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包含中頻隔離變壓器，與傳統(tǒng)工頻變壓器相比，工作頻率的提高大大減小了變壓器的體積、重量，提高了換流器整體的功率密度，但中頻隔離變壓器的應(yīng)用帶來如下問題:
[0004]I)噪聲:限制于大容量電力電子器件的工作頻率，中頻隔離變壓器工作頻率在Ik?3kHz范圍，由于鐵芯軟磁材料的磁致伸縮效應(yīng)，一部分能量將以聲波的形式散發(fā)出去。根據(jù)生理學(xué)關(guān)于耳的聽覺功能相關(guān)研究可知，人耳最敏感的聲波頻率在Ik?3kHz之間，人類的語言頻率也主要分布在300?3kHz范圍內(nèi)。因此，大容量中頻變壓器產(chǎn)生的噪聲可能對(duì)操作人員或相關(guān)用戶的語言交流、工作、休息等活動(dòng)造成極大不便。
[0005]2)直流偏磁:變壓器前級(jí)逆變單元實(shí)際工作過程中，變壓器磁路應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)的“伏秒平衡”。若變壓器原邊電壓正負(fù)波形對(duì)稱，正負(fù)半波伏秒值相等，鐵心磁工作點(diǎn)以O(shè)點(diǎn)為中心沿磁滯回線對(duì)稱往復(fù)運(yùn)動(dòng)。若變壓器原邊電壓正負(fù)波形不對(duì)稱，正負(fù)半波伏秒值不等，會(huì)使正負(fù)半波磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值不同，磁工作區(qū)域?qū)⑵虻谝换虻谌笙?，即形成直流偏磁，可能?huì)引起變壓器磁路飽和，從而觸發(fā)變壓器、IGBT過流保護(hù)，嚴(yán)重影響逆變器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。引起變壓器伏秒不平衡可能的原因包括:直流輸入電壓波動(dòng)，支撐電容中點(diǎn)電位不平衡；主電路中功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)飽和壓降不同；由于逆變器在短路保護(hù)或關(guān)機(jī)時(shí)采用驅(qū)動(dòng)脈沖瞬時(shí)封鎖，工作周期不完整；非線性負(fù)載擾動(dòng)所帶來的偏磁。
[0006]傳統(tǒng)直流變換器由于容量小，工作電壓低，開關(guān)頻率可達(dá)到IOkHz以上，噪聲問題不明顯。在變壓器回路中串聯(lián)隔直電容可以基本上解決變壓器直流偏磁問題，但必須考慮隔直電容耐壓、額定電流、體積、重量等因素。但不能直接用于大容量變換場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，降低換流器噪聲，在不增加隔直電容的前提下抑制變壓器直流偏磁，同時(shí)確保直流換流器動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、噪聲、短路限流等各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。
[0008]本發(fā)明提供了一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，包括以下步驟:
[0009]A.設(shè)置控制器的三個(gè)檔位及其控制參數(shù)，其中I檔控制頻率較低，PI參數(shù)偏小，控制作用最柔和，適用于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在DCM、CCM兩種模式下PI參數(shù)不同；3檔控制頻率快，PI參數(shù)較大，主要保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，響應(yīng)速度快；2檔控制頻率快，PI參數(shù)比3檔的參數(shù)小，降檔過程中銜接3檔及I檔；
[0010]B.設(shè)置檔位切換判斷條件，根據(jù)輸出電壓紋波指標(biāo)要求，結(jié)合控制器采樣精度選取穩(wěn)態(tài)誤差Ubs及持續(xù)時(shí)間Tsta的值，作為降檔判斷條件；根據(jù)輸出電壓暫態(tài)指標(biāo)要求，結(jié)合控制器采樣精度選取電壓偏差上限值Ubu或下限值ubd，作為升檔判斷條件；
[0011]C.判斷換流器的工作狀態(tài)，若電壓偏差ErrU=Uref-Ufdk (即電壓指令值Uief及電壓反饋值Ufdk之差)超出電壓偏差上限值Ubu或下限值Ubd即認(rèn)為換流器進(jìn)入動(dòng)態(tài)；若電壓偏差絕對(duì)值小于穩(wěn)態(tài)誤差Ubs并持續(xù)一段時(shí)間Tsta,即認(rèn)為換流器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，其特征在于包括以下步驟: A.設(shè)置控制器的三個(gè)檔位，其中I檔控制頻率較低，PI參數(shù)偏小，控制作用最柔和，適用于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在DCM、CCM兩種模式下PI參數(shù)不同；3檔控制頻率快，PI參數(shù)較大，主要保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，響應(yīng)速度快；2檔控制頻率快，PI參數(shù)比3檔的參數(shù)小，降檔過程中銜接3檔及I檔； B.設(shè)置檔位切換判斷條件，根據(jù)輸出電壓紋波指標(biāo)要求，結(jié)合控制器采樣精度選取穩(wěn)態(tài)誤差及持續(xù)時(shí)間Tsta的值，作為降檔判斷條件；根據(jù)輸出電壓暫態(tài)指標(biāo)要求，結(jié)合控制器采樣精度選取電壓偏差上限值或下限值，作為升檔判斷條件； C.判斷換流器的工作狀態(tài)，若電壓偏差(即電壓指令值及電壓反饋值之差)超出電壓偏差上限值或下限值即認(rèn)為換流器進(jìn)入動(dòng)態(tài)；若電壓偏差絕對(duì)值小于穩(wěn)態(tài)誤差并持續(xù)一段時(shí)間Tsta，即認(rèn)為換流器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；當(dāng)換流器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，若輸出濾波電感電流斷續(xù)，在一個(gè)周期內(nèi)的一段時(shí)間電感電流等于零，換流器處于DCM模式，若輸出濾波電感電流連續(xù)，整個(gè)周期內(nèi)電感電流大于零，則換流器處于CCM模式； D.實(shí)現(xiàn)檔位切換，不同的工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的檔位，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)控制器工作于I檔，根據(jù)判斷CCM、DCM模式選取不同的PI參數(shù)；系統(tǒng)動(dòng)態(tài)時(shí)控制器工作于3檔，2檔為3檔降檔至檔位I時(shí)的過渡檔位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，其特征在于步驟A具體分為以下步驟: a.在理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況選取控制頻率、PI參數(shù)作為3檔的控制參數(shù)，要求在此組參數(shù)下?lián)Q流器突加、突卸負(fù)載及短路限流等動(dòng)態(tài)指標(biāo)滿足要求； b.在理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況選取控制頻率、PI參數(shù)作為I檔DCM模式時(shí)的控制參數(shù)，要求在此組參數(shù)下?lián)Q流器處于DCM工作模式時(shí)噪聲、輸出電壓紋波、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)滿足要求； c.在理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況選取控制頻率、PI參數(shù)作為I檔CCM模式時(shí)的控制參數(shù)，要求在此組參數(shù)下?lián)Q流器處于CCM工作模式時(shí)噪聲、輸出電壓紋波、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)滿足要求； d.根據(jù)上述步驟得到的I檔、3檔PI參數(shù)，選取中間過渡作為2檔的PI參數(shù)，2檔的控制頻率與3檔控制頻率相同，要求在此組參數(shù)下?lián)Q流器DCM或CCM工作模式時(shí)噪聲、輸出電壓紋波、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率等穩(wěn)態(tài)指標(biāo)滿足要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種大容量隔離型直流換流器變PI變頻率控制方法，其特征在于步驟D具體分為以下步驟: a.換流器進(jìn)行降檔判斷，換流器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，計(jì)時(shí)器進(jìn)行累加；換流器處于非穩(wěn)態(tài)時(shí)，計(jì)時(shí)器清零，換流器進(jìn)行升檔判斷； b.計(jì)時(shí)器累積時(shí)間大于設(shè)置的持續(xù)時(shí)間，計(jì)時(shí)器清零；計(jì)時(shí)器的累積時(shí)間不大于設(shè)置的持續(xù)時(shí)間，換流器作升檔判斷； c.計(jì)時(shí)器清零后，若換流器處于3檔，則降至2檔后進(jìn)行升檔半段；若換流器處于2檔則降至I檔后進(jìn)行升檔判斷；若換流器處于I檔，則維持I檔并進(jìn)行升檔判斷； d.換流器進(jìn)行升檔判斷，若換流器處于動(dòng)態(tài)則升至3檔后實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸出；若換流器處于非動(dòng)態(tài)則直接實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸出。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK103441678SQ201310367377
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】肖飛, 王瑞田, 謝幀, 范學(xué)鑫, 楊國(guó)潤(rùn), 揭貴生, 王恒利, 陸明科 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)