本發(fā)明涉及AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法和控制裝置，屬于直流源均流控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力電子設(shè)備單機容量等級的提升，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電力電子設(shè)備并機數(shù)目越來越多，如圖1所示，為現(xiàn)有的由多個AC/DC換流器并聯(lián)構(gòu)成的直流源，這些AC/DC換流器的直流側(cè)均連接直流母線。這種直流源的容量得到了很大地提升，有效增大了輸出功率，但是，也浮現(xiàn)出了很大的問題。

由于多個AC/DC換流器的輸出阻抗不同和空載電壓不同，就會導(dǎo)致在同時共直流母線進(jìn)行直流電壓控制時導(dǎo)致了不均流，然而，還有更惡劣情況，就是出現(xiàn)環(huán)流。由PWM整流的下垂特性可以看出，出現(xiàn)環(huán)流的前提條件就是換流器的空載電壓不同。在滿足多臺換流器的空載電壓不同條件下，當(dāng)多臺換流器的空載電壓差值越大，出現(xiàn)環(huán)流的幾率越大，且環(huán)流越大；當(dāng)多臺換流器的空載電壓不同，當(dāng)多臺換流器的輸出阻抗越小，出現(xiàn)環(huán)流的幾率越大，且環(huán)流越大。每臺裝置內(nèi)阻特性不一致導(dǎo)致系統(tǒng)在共直流母線情況下同作為直流源使用，會出現(xiàn)功率環(huán)流現(xiàn)象。

為了有效消除不均流及換流現(xiàn)象，公布號為CN 105048502A的中國專利申請公開了一種并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，在進(jìn)行均流控制時，計算各個模塊的校正電流，然后與電壓調(diào)節(jié)器輸出值相加作為輸出電流給定值，然后根據(jù)各個模塊的輸出電流給定值進(jìn)行均流控制。其中，各模塊的電壓調(diào)節(jié)器輸出值均是根據(jù)輸出電壓參考值與輸出電壓做差得到，由于輸出電壓參考值為定值，那么各模塊對應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器輸出值均與各自的輸出電壓相關(guān)，由于各輸出電壓的差異幅度可能較大，得到的各模塊的電壓調(diào)節(jié)器輸出值之間也相應(yīng)有很大的差異，因此，這種控制方法控制不靈活，可靠性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法，用以解決現(xiàn)有的均流控制方法控制可靠性較低的問題。本發(fā)明同時提供一種AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法，包括：

計算各AC/DC換流器的校正電流的步驟，具體為：根據(jù)所有的AC/DC換流器的直流電流計算平均電流，將所述平均電流與各AC/DC換流器的直流電流做差對應(yīng)得到各AC/DC換流器的校正電流；

計算各AC/DC換流器的電流指令值的步驟，具體為：設(shè)定有至少兩個電壓范圍，根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍對應(yīng)計算各AC/DC換流器的電流指令值；

并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制的步驟，具體為：計算各AC/DC換流器的校正電流與對應(yīng)AC/DC換流器的電流指令值的和值，并計算該和值與對應(yīng)AC/DC換流器的直流電流的差值，該差值即為對應(yīng)AC/DC換流器的輸出電流給定值，根據(jù)各AC/DC換流器的輸出電流給定值對對應(yīng)的AC/DC換流器進(jìn)行控制，實現(xiàn)并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制。

所述計算各AC/DC換流器的電流指令值的步驟中，不同的電壓范圍對應(yīng)功率輸出參考值不同的計算方式，根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍對應(yīng)計算各AC/DC換流器的功率輸出參考值，然后根據(jù)功率輸出參考值與各AC/DC換流器的直流電壓來計算所述各AC/DC換流器的電流指令值。

所述電壓范圍設(shè)置為三個，分別為：

U_H1≤U_dc＜U_H2、U_L1≤U_dc＜U_H1和U_L2≤U_dc＜U_L1；

根據(jù)以下公式計算各AC/DC換流器的功率輸出參考值：

根據(jù)以下公式計算各AC/DC換流器的電流指令值：

其中，U_dc(i)為第i個AC/DC換流器的直流電壓，U_H1和U_L1分別為設(shè)定的AC/DC換流器的控制閾值電壓；U_H2和U_L2分別為直流母線電壓穩(wěn)定變化范圍的上限值和下限值，U_H2＞U_H1＞U_L1＞U_L2，P為AC/DC換流器的額定功率，P_ref(i)為第i個AC/DC換流器的功率輸出參考值，I_dcref(i)為第i個AC/DC換流器的電流指令值，i＝1、2、……、n。

一種AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制裝置，包括：

用于計算各AC/DC換流器的校正電流的模塊，具體為：根據(jù)所有的AC/DC換流器的直流電流計算平均電流，將所述平均電流與各AC/DC換流器的直流電流做差對應(yīng)得到各AC/DC換流器的校正電流；

用于計算各AC/DC換流器的電流指令值的模塊，具體為：設(shè)定有至少兩個電壓范圍，根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍對應(yīng)計算各AC/DC換流器的電流指令值；

用于并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制的模塊，具體為：計算各AC/DC換流器的校正電流與對應(yīng)AC/DC換流器的電流指令值的和值，并計算該和值與對應(yīng)AC/DC換流器的直流電流的差值，該差值即為對應(yīng)AC/DC換流器的輸出電流給定值，根據(jù)各AC/DC換流器的輸出電流給定值對對應(yīng)的AC/DC換流器進(jìn)行控制，實現(xiàn)并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制。

在計算各AC/DC換流器的電流指令值過程中，不同的電壓范圍對應(yīng)功率輸出參考值不同的計算方式，根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍對應(yīng)計算各AC/DC換流器的功率輸出參考值，然后根據(jù)功率輸出參考值與各AC/DC換流器的直流電壓來計算所述各AC/DC換流器的電流指令值。

所述電壓范圍設(shè)置為三個，分別為：

U_H1≤U_dc＜U_H2、U_L1≤U_dc＜U_H1和U_L2≤U_dc＜U_L1；

根據(jù)以下公式計算各AC/DC換流器的功率輸出參考值：

根據(jù)以下公式計算各AC/DC換流器的電流指令值：

其中，U_dc(i)為第i個AC/DC換流器的直流電壓，U_H1和U_L1分別為設(shè)定的AC/DC換流器的控制閾值電壓；U_H2和U_L2分別為直流母線電壓穩(wěn)定變化范圍的上限值和下限值，U_H2＞U_H1＞U_L1＞U_L2，P為AC/DC換流器的額定功率，P_ref(i)為第i個AC/DC換流器的功率輸出參考值，I_dcref(i)為第i個AC/DC換流器的電流指令值，i＝1、2、……、n。

首先，計算出各AC/DC換流器的校正電流，以及各AC/DC換流器的電流指令值，然后再根據(jù)各AC/DC換流器的實際直流電流來計算來各AC/DC換流器的輸出電流給定值，最后根據(jù)各AC/DC換流器的輸出電流給定值對對應(yīng)的AC/DC換流器進(jìn)行并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制，以達(dá)到各個AC/DC換流器的電流均分的效果。所以，本發(fā)明提供的并聯(lián)協(xié)調(diào)控制方法能夠避免出現(xiàn)環(huán)流的情況，滿足了直流源的可靠運行，能夠使各個AC/DC換流器的輸出達(dá)到最優(yōu)的轉(zhuǎn)換效率。并且，與現(xiàn)有的采用直流母線電壓占優(yōu)的協(xié)調(diào)控制策略相比，避免出現(xiàn)各個AC/DC換流器輸出功率不一致的情況發(fā)生。

而且，本發(fā)明提供的方法中，設(shè)定有至少兩個電壓范圍，電流指令值是根據(jù)AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍而相應(yīng)計算得到的，直流電壓處于不同的電壓范圍對應(yīng)不同的直流指令值的獲取方式，所以，該方法根據(jù)直流電壓所處的電壓范圍能夠得到合適的電流指令值，因此，本發(fā)明提供的方法在利用電流指令值進(jìn)行協(xié)調(diào)控制時相較于現(xiàn)有的方法，其可靠性得到很大地提升。并且，不管直流電壓之間的差異幅度有多大，均能夠根據(jù)合適的計算方式來獲得合適的電流指令值，因此，本發(fā)明提供的方法控制較為靈活，而且適用于直流電壓差異幅度較大的場合。

本發(fā)明提供的并聯(lián)協(xié)調(diào)控制方法的控制原理是兩個直流電流環(huán)控制，為實現(xiàn)直流電流均流控制方案，分別采用直流電流外環(huán)調(diào)節(jié)裝置自身功率，利用電流內(nèi)環(huán)實現(xiàn)在不平衡情況下系統(tǒng)自身的電流平衡輸出不受電網(wǎng)狀態(tài)的影響。并且，外環(huán)采用直流電流環(huán)控制能夠保證輸出快速響應(yīng)已經(jīng)電流分配均衡。所以，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并能夠根據(jù)直流母線并聯(lián)設(shè)備特性，自動調(diào)整控制模式實現(xiàn)系統(tǒng)啟動和切除時電流沖擊及功率波動，最終實現(xiàn)輸出電流均衡。

附圖說明

圖1是由多個AC/DC換流器并聯(lián)構(gòu)成的直流源的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是下垂特性曲線圖；

圖3是由兩個AC/DC換流器并聯(lián)構(gòu)成的直流源的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法的控制原理圖。

具體實施方式

方法實施例

本發(fā)明提供的AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法適用于如圖1所示的直流源系統(tǒng)，其中，n≥2，不管n的具體數(shù)值是什么，即該直流源中并聯(lián)設(shè)置有多少個AC/DC換流器，均能夠使用本發(fā)明提供的直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法進(jìn)行并聯(lián)協(xié)調(diào)控制。

本實施例中，AC/DC直流源中的AC/DC換流器為雙向換流器，如圖1所示，能夠根據(jù)直流負(fù)載和直流側(cè)電源DC/DC能量自動實現(xiàn)交直流功率匹配，當(dāng)直流DC/DC電源提供能量大于直流負(fù)載時，AC/DC換流器能夠從直流吸收能量輸入到交流電網(wǎng)，此時換流器工作在逆變狀態(tài)；反之，從交流吸收能量注入到直流電網(wǎng)，此時換流器工作在整流狀態(tài)。

本發(fā)明提供的AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法主要包括以下步驟：

計算各個換流器的校正電流的步驟，具體為：利用現(xiàn)有的電流檢測裝置來采集各個換流器直流側(cè)的直流電流，計算所有的直流電流的平均值I_av，然后計算該平均值I_av與各個換流器的直流電流的差值，該差值即為各個換流器對應(yīng)的校正電流值。

計算各個換流器的電流指令值的步驟，具體為：檢測各個換流器直流側(cè)的直流電壓，可以采用現(xiàn)有的電壓檢測裝置進(jìn)行電壓檢測。設(shè)置有至少兩個電壓范圍，各AC/DC換流器的直流電壓所處于不同的電壓范圍就對應(yīng)不同的電流指令值的計算方式，那么，根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍就能夠計算出各AC/DC換流器的電流指令值。由于電流與功率和電壓有著對應(yīng)關(guān)系，那么在本實施例中，利用功率和電壓之間的關(guān)系來計算電流，具體為：首先根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍，并依據(jù)電壓范圍與功率輸出參考值之間的對應(yīng)關(guān)系來計算各AC/DC換流器的功率輸出參考值，然后根據(jù)各AC/DC換流器的功率輸出參考值與對應(yīng)的AC/DC換流器的直流電壓來計算各AC/DC換流器的電流指令值。本實施例給出一種具體的計算方式，如下所述：

為避免AC/DC換流器中的電力電子器件不必要動作，減小電力電子器件工作引起的諧波，AC/DC換流器的下垂控制特性采用如圖2所示。

其中，U_H1和U_L1為AC/DC換流器的控制閾值電壓，為設(shè)定值；U_H2和U_L2為直流母線電壓的穩(wěn)定變化范圍的上限值和下限值，即直流母線電壓在上下變化時能夠達(dá)到的最大值和最小值，為已知值。本實施例給出上述幾個參數(shù)之間的一種具體關(guān)系：U_H2-U_H1＝15V、U_L1-U_L2＝15V、U_H1-U_L1＝30V，當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于這種具體關(guān)系。

由于該AC/DC換流器為雙向AC/DC換流器，所以，其工作模式分為3種：

1)逆變模式：直流負(fù)荷的功率小于額定功率，直流源運行于輕載條件，直流母線電壓上升且超過U_H1；AC/DC換流器開啟并工作于逆變模式，將直流母線中剩余功率輸送至交流電網(wǎng)；當(dāng)直流母線電壓恢復(fù)至U_H1時，AC/DC換流器停止工作。

2)待機模式：直流母線電壓在額定值附近小范圍波動，不進(jìn)行交直流側(cè)功率的傳輸。

3)整流模式：直流負(fù)荷功率高于額定功率，直流源重載運行，直流母線電壓下降且低于U_L1；AC/DC換流器開啟并工作于整流模式，直流電網(wǎng)內(nèi)部不足電量由交流電網(wǎng)供給；直流母線電壓恢復(fù)至U_L1時，AC/DC換流器停止工作。

因此，本實施例中，電壓范圍有三個，分別為：

U_H1≤U_dc＜U_H2、U_L1≤U_dc＜U_H1和U_L2≤U_dc＜U_L1。

根據(jù)上述下垂特性能夠得到各AC/DC換流器對應(yīng)的有功輸出參考量P_ref，計算公式如下：

其中，P為AC/DC換流器的額定功率，P_ref為AC/DC換流器的功率輸出參考值，不同的AC/DC換流器對應(yīng)有不同的功率輸出參考值，因此，P_ref(i)代表第i個AC/DC換流器的功率輸出參考值，U_dc(i)為第i個AC/DC換流器的直流電壓，i＝1、2、……、n。

然后根據(jù)功率輸出參考值計算出各個AC/DC換流器的電流指令值，計算公式如下：

其中，I_dcref(i)為第i個AC/DC換流器的電流指令值。

上述是根據(jù)功率與電壓的關(guān)系來計算電流指令值，當(dāng)然，還可以使用其他的方式計算電流指令值。不管采用何種方式計算電流指令值，均是根據(jù)各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍與電流指令值之間的對應(yīng)關(guān)系來計算出各個AC/DC換流器的電流指令值。

并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制方法還包括并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制的步驟。根據(jù)各AC/DC換流器的校正電流值、電流指令值以及實際的直流電流值來進(jìn)行并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制，由于所有的AC/DC換流器的控制策略均相同，以下以其中一個為例，具體如下：

計算該AC/DC換流器的校正電流與該AC/DC換流器的電流指令值的和值，得到的和值與該AC/DC換流器的實際的直流電流做差，得到的差值即為該AC/DC換流器的輸出電流給定值，然后對該輸出電流給定值進(jìn)行處理以生成相應(yīng)的PWM脈沖波來對該AC/DC換流器進(jìn)行控制，由于該部分屬于常規(guī)技術(shù)，這里就不再具體說明。對其他的AC/DC換流器也進(jìn)行如此控制，實現(xiàn)對該直流源的并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制。

在對輸出電流給定值進(jìn)行處理以生成相應(yīng)的PWM脈沖波時，三相電流可以通過正負(fù)序分離，得到正序和負(fù)序分量(因為裝置采用三相系統(tǒng)，所以輸出沒有電流零序分量)，具體如下：

將分離出來電流正負(fù)序分量進(jìn)行park旋轉(zhuǎn)變換，得到dq分量，這樣利用PI控制實現(xiàn)直流量的無靜差控制，保證電流快速穩(wěn)定，具體如下：

上述正負(fù)序分離以及旋轉(zhuǎn)變換均屬于常規(guī)技術(shù)，，并且本發(fā)明的重點也不在于此，因此這里不再詳細(xì)說明。

以下以具有代表性的n＝2為例進(jìn)行說明。如圖3所示，包括AC/DC換流器1和AC/DC換流器2。

如圖4所示，本發(fā)明提供的直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制原理圖中包括均流環(huán)和電流指令環(huán)。均流環(huán)用于計算各換流器的校正電流，電流指令環(huán)用于計算各換流器的電流指令值。

采集這兩個換流器的直流電流I_dc1和I_dc2,進(jìn)而求得平均電流I_av,然后，平均電流I_av與換流器1的直流電流I_dc1做差得到換流器1的校正電流ΔI_dc1，平均電流I_av與換流器2的直流電流I_dc2做差得到換流器2的校正電流ΔI_dc2。

根據(jù)這兩個換流器的直流電壓以及上述計算公式分別計算得到換流器1的電流指令值I_dcref(1),以及換流器2的電流指令值I_dcref(2)。

那么，換流器1的輸出電流給定值I_輸出1＝ΔI_dc1+I_dcref(1)-I_dc1；換流器2的輸出電流給定值I_輸出2＝ΔI_dc2+I_dcref(2)-I_dc2。

最后，根據(jù)得到的輸出電流給定值I_輸出1和I_輸出2對對應(yīng)的換流器進(jìn)行控制，實現(xiàn)并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制。

另外，針對圖3的直流源，本實施例還提供了對該直流源進(jìn)行啟動控制的控制策略，具體如下：兩臺換流器直流并聯(lián)協(xié)調(diào)控制同時接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的啟動命令，換流器1接收到啟動命令時，電網(wǎng)電壓滿足啟動條件先開始啟動，直流穩(wěn)壓運行；換流器2接收到啟動命令通過檢測換流器1電流和端口直流母線電壓判斷換流器1是否啟動完成，判斷換流器1啟動完成后，換流器2開始啟動。

而且，還提供了對該直流源進(jìn)行停機控制的控制策略，具體如下：直流源接受到停機命令時，開始執(zhí)行電流環(huán)緩降功率控制，當(dāng)電流降低至一定范圍時，換流器2直接停機，若換流器1接受到停機命令采取方式與換流器2相同，遇到緊急情況時，換流器2直接跳閘，則由換流器1輸出電流直接接替換流器2功率輸出，此時換流器1輸出功率突增，會出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。換流器1遇到緊急停機情況時，與換流器2采取相同側(cè)率，采用此種停機方案可以盡量避免啟動時功率波動引起電流抖動。

上述實施例中，給出了一種各AC/DC換流器的直流電壓所處的電壓范圍與對應(yīng)AC/DC換流器的電流指令值之間的具體關(guān)系，這只是一種具體的實施方式，本發(fā)明并不局限于上述實施方式。

裝置實施例

本發(fā)明還提供一種AC/DC直流源并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制裝置，包括如下模塊：用于計算各AC/DC換流器的校正電流的模塊；用于計算各AC/DC換流器的電流指令值的模塊；用于并聯(lián)協(xié)調(diào)運行控制的模塊。

上述三個模塊均為軟件模塊，具體作用均與上述方法實施例中的三個步驟相對應(yīng)，由于上述方法實施例中已經(jīng)對這三個步驟做出了詳細(xì)的描述，這里就不再具體描述。

以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。