專利名稱：柔性直流輸電變流器的電流控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力傳輸技術領域的電流控制方法及裝置，具體是一種海上 風力發(fā)電電力傳輸的柔性直流輸電變流器的電流控制方法及裝置。
背景技術：
隨著海上風電場規(guī)模的日益擴大，風電場距離海岸的距離越來越遠，容量也
提升到幾十乃至百萬千瓦。柔性直流輸電是一種以電壓源換流器(vsc)、絕緣柵
雙極晶體管(IGBT)和脈寬調制(P麗)技術為基礎地新型輸電技術，該技術具有可 向無源網絡供電、能實現(xiàn)輸電系統(tǒng)的有功功率和無功功率的獨立控制、無需額外 增加無功補償設備等優(yōu)點，符合海上風力發(fā)電場長距離輸電的要求，成為海上風 電場聯(lián)網的首選技術。
采用傳統(tǒng)的高壓交流輸電系統(tǒng)將海上風電場并入主電網的過程中，由于長距 離海底交流電纜的分布電容作用導致電纜中的電容電流過大，而交流系統(tǒng)的無功 補償在海上難以實施，使得傳統(tǒng)的高壓交流輸電系統(tǒng)在海上風電電力傳輸中無法 應用。柔性直流輸電是一種以電壓源換流器、絕緣柵雙極晶體管和脈寬調制技術 為基礎地新型輸電技術，該技術具有可向無源網絡供電、能實現(xiàn)輸電系統(tǒng)的有功 功率和無功功率的獨立控制、無需額外增加無功補償設備等優(yōu)點，符合海上風力 發(fā)電場長距離輸電的要求，成為海上風電場聯(lián)網的首選技術。海上風電柔性直流 輸電變流器是海上風電柔性直流輸電系統(tǒng)的關鍵裝置，主要作用是將風電場交流 電能快速、準確地轉換為直流電能。在風電場電壓穩(wěn)定的情況下，對風電場傳輸 功率的控制實際上是對風電場輸出交流電流的控制，因此該部分的電流控制方法 及裝置決定了柔性直流輸電系統(tǒng)的性能指標。
目前變流器的電流控制方法普遍采用間接電流控制方法，該方法通過P麗控 制，在變流器橋路交流側生成幅值相位受控的正弦P麗電壓；該P謂電壓與交流 網側電動勢共同作用于變流器交流側生成基波電流，諧波電流則由變流器網側電 感濾除。該方法通過控制橋路P麗電壓來間接地控制交流側輸出電流，因此有動態(tài)響應慢，對參數敏感的缺點。針對間接電流控制的不足，有人提出了采用網側 電流閉環(huán)控制的直接電流控制方法，提高網側電流的動、靜態(tài)性能。
經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，Marian P， Kazmierkowski等人在IEEE Transactions on Industrial Electronics 上所發(fā)表的 Current Control Techniques for Three-Phase Voltage-Source P麵Converters (三相電壓源 P麗變流器電流控制技術)，提出了四種采用網側電流閉環(huán)控制的直接電流控制 方法，可將這四種直接電流控制方法歸結為固定開關頻率P麗電流控制和滯環(huán)電 流P麗控制這兩類。其中，固定開關頻率P麗電流控制的物理意義清晰，實現(xiàn)方 便，由于開關頻率固定，因而網側變壓器及濾波電感設計較容易，并且有利于限 制開關損耗。但該方法的主要缺點是，在開關頻率不高的條件下，電流動態(tài)響應 較慢，且電流動態(tài)偏差隨電流變化率而相應地變化。相比之下，滯環(huán)PBl電流控 制則具有較快的電流響應速度，且電流動態(tài)偏差由滯環(huán)寬度確定。但該方案的主 要不足體現(xiàn)在開關頻率隨電流變化率的波動而變化，造成網側濾波電感設計困 難，功率開關管應力及開關損耗增大。針對海上風電柔性直流輸電變流器的大功 率應用場合，要求電流控制的動、靜態(tài)響應迅速，開關頻率不宜太高，并且應盡 可能地保持開關頻率固定，以減少開關應力及開關損耗。因此這兩類直接電流控 制方法都難以直接應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種柔性直流輸電變流器的電 流控制方法及裝置。本發(fā)明采用了一種滯環(huán)寬度力可調的滯環(huán)比較器，將電流偏 差Ai和滯環(huán)寬度力相比較，當電流偏差Ai超越滯環(huán)寬度力時，滯環(huán)比較器輸出 開關信號改變變流器橋路開關管狀態(tài)以減小電流偏差A人從而達到電流跟蹤控制 的目的；同時引入開關頻率閉環(huán)控制，通過動態(tài)調整滯環(huán)寬度力來控制滯環(huán)比較 器輸出開關信號的相位及周期等于一個固定時鐘信號的相位和周期，使得開關信 號的頻率為一固定值。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的-
本發(fā)明所涉及的柔性直流輸電變流器的電流控制方法，包括如下步驟 第一步，檢測風電場交流網側電壓及電流，并計算有功功率八無功功率ft 第二步，將有功功率A無功功率^與其相應參考值/^,、 ^f比較后，經PI調節(jié)器計算獲得有功—電流指令值i/與無功電流i/指令值；
第三步，將電流指令值i/、 i/經兩項旋轉dq坐標系到三相靜止abc坐標系 的坐標變換后，獲得三相電流指令值厶、J'二 J'/，將其與第一步檢測得到的網 側電流實際值力、厶、厶比較，獲得三相電流偏差信號」厶、j厶、」厶；
第四步，每相滯環(huán)比較器分別將各相電流偏差與各自的滯環(huán)寬度比較后輸出 開關信號；
第五步，將每相的開關信號《及一固定時鐘信號/;輸入到各自的滯環(huán)寬度
估計電路，得到各相滯環(huán)寬度的估計值A;
第六步，每相各采用一個PLL鎖相環(huán)相位控制電路檢測其開關信號與一固定 時鐘信號的相位差0，經PI調節(jié)器計算后得到滯環(huán)寬度的修正值A;
第七步，將各相滯環(huán)寬度的估計值/t與修正值力p相加后獲得實際滯環(huán)寬度 值力，并反饋到各自的滯環(huán)比較器，控制其輸出開關信號的頻率為一固定值。結 束后，進行下一次采樣計算。第二步所述的經PI調節(jié)器計算獲得有功電流指令值i/與無功電流i'/指令 值，當被控電流跟蹤其電流指令值時，可實現(xiàn)對變流器傳輸有功功率的控制，以 及對風電場無功功率的補償。
第四步所述的滯環(huán)比較器是一種可變滯環(huán)寬度的滯環(huán)比較器，它采用變限幅 電路，通過直接改變比較器輸出限幅來改變滯環(huán)寬度力。
第五步所述的固定時鐘信號，是一個占空比為1/2，頻率、周期固定不變的 單位方波信號。以該信號的頻率做為開關頻率的參考值，控制開關信號的相位和 周期與該方波信號的相位和周期相等，便可實現(xiàn)開關頻率的固定。
第五步所述的滯環(huán)寬度估計電路的目的是為了通過估計滯環(huán)寬度的大小來 控制開關周期穩(wěn)定為固定參考值，其原理是由滯環(huán)寬度與開關周期關系式-
;4丄"7; t; 乂
式中，r,i/z;為開關信號周期的參考值(也即固定時鐘周期)；tt。為直流側
電壓值；Z為變流器交流電感值；e"為交流側電壓標幺值；7>1/《為開關信號周 期的檢測值。
第六步所述的PLL鎖相環(huán)相位控制電路通過修正滯環(huán)比較器的滯環(huán)寬度，使得開關信號的相位與固定時鐘信號的相位保持同相。這種修正作用彌補了第五步 所述的滯環(huán)寬度估計的不足，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第五步所述的滯環(huán)寬度估計電路與第六步所述的PLL鎖相環(huán)相位控制電路 并行處理，共同構成開關頻率的閉環(huán)控制，在實現(xiàn)直接電流控制快速動態(tài)響應同 時，保證了開關頻率的固定。本發(fā)明所涉及的柔性直流輸電變流器的電流控制裝置，包括交流電壓及電流 傳感器、DSP數字信號處理器、功率計算模塊、坐標變換模塊、滯環(huán)比較器、滯 環(huán)寬度估計電路、低通濾波器、PLL鎖相環(huán)控制電路，其中交流電壓、電流傳感器檢測變流器交流網側三相電壓值及電流值，AD變換 后經數字通道輸入DSP處理器；DSP處理器內部的功率計算模塊通過電壓、電流的檢測值可計算出變流器交 流側的有功功率P和無功功率ft將其與相應參考值/^八0^比較后獲得功率差 值，功率差值經DSP內部數字PI調節(jié)計算后得到有功電流指令值i/和無功電流 指令值人'，傳輸至內部坐標變換模塊；坐標變換模塊將兩相電流指令值i/、 i/轉換為三相電流指令值i二廣、C 并將其與三相電流值厶、厶、人進行比較，得到三相電流偏差值；DSP處理器將三相電流偏差值經DA變換后以模擬信號形式輸出至滯環(huán)比較器；滯環(huán)比較器將電流偏差信號與滯環(huán)寬度比較后，輸出開關信號作用于變流器橋臂；同時滯環(huán)比較器輸出的開關信號與固定時鐘信號共同輸入至滯環(huán)寬度估計 電路，經低通濾波器濾波后得到滯環(huán)寬度的估計值力sPLL鎖相環(huán)相位控制電路通過檢測開關信號與固定時鐘信號間的相位差0， 經PI調節(jié)器計算后得到滯環(huán)寬度的修正值A;上述滯環(huán)寬度的估計值A與修正 值A相加后產生滯環(huán)寬度實際值力，將力反饋給滯環(huán)比較器，形成開關信號頻率 的閉環(huán)控制。其中所述的滯環(huán)比較器采用可變滯環(huán)寬度的變限幅比較電路，通過直接改變比較 器輸出限幅來改變滯環(huán)寬度力，這樣力越大輸出開關信號的頻率越低。所述的滯環(huán)寬度估計電路采用一個單穩(wěn)態(tài)振蕩器，開關信號頻率《控制振蕩器輸出的脈沖周期為a,固定時鐘信號頻率《控制其輸出脈沖的寬度大小，當
7;〉7;時無法達到脈寬調整，因此引入滯環(huán)寬度力的檢測增益iAr(其中ah)。這 樣單穩(wěn)態(tài)振蕩器輸出的脈沖周期為7;，脈沖的寬度為at;(小于7;)。該脈沖信號 用于控制一個模擬開關，通過占空比n/7;來調節(jié)滯環(huán)寬度的估計值a。
所述的低通濾波器與滯環(huán)寬度估計電路電路串聯(lián)，用于濾除滯環(huán)寬度估計值 ^中的的高頻擾動分量，提高抗系統(tǒng)的抗干擾能力。
所述的pll鎖相環(huán)控制電路由pll相位檢測電路和一個pi調節(jié)器組成，作
用對象為滯環(huán)比較器，用于檢測開關信號與固定時鐘信號之間的相位差0,然 后通過pi調節(jié)器輸出滯環(huán)寬度的修正值力p。
根據本發(fā)明方法，只需要進行一次坐標變換就可以實現(xiàn)風電場交流側有功功
率和無功功率的獨立控制；采用固定頻率滯環(huán)比較的方法，只需對有功功率、無
功功率進行計算便獲得有功電流和無功電流指令值，而不需要對電流跟蹤做任何
數字計算，減少了dsp處理器的計算量和存儲空間，提升了整個系統(tǒng)的效率；采 取開關頻率閉環(huán)的控制方法，在保留原有滯環(huán)電流控制快速、連續(xù)、準確等優(yōu)點 的前提下，固定了開關頻率，減少了功率管的開關應力和損耗。
將本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較，在相同的開關頻率和工作條件下，本發(fā)明結構控
制的電流跟蹤響應時間比固定開關頻率p觀電流控制結構的電流響應時間縮短 了30%;穩(wěn)態(tài)時，實際電流與電流指令值之間的誤差在±2.4%，其精度較固定 開關頻率p麗電流控制中的電流pi調節(jié)器結構提高了近一倍；網側電流諧波小， 相電流的諧波總畸變thd < 3.1%。在與滯環(huán)電流p麗控制結構相同的電流響應 速度和電流跟蹤精度條件下，本發(fā)明結構中滯環(huán)比較器輸出的開關信號頻率穩(wěn)定 在100±0. 1%范圍內；而滯環(huán)電流p麗控制結構中滯環(huán)比較器輸出的開關信號 的頻率在30% 170%之間波動。本發(fā)明還適用于海上風電發(fā)電容量大到百萬千 瓦的電力傳輸。


圖l是本發(fā)明的方法流程圖2是柔性直流輸電變流器的主電路及本發(fā)明控制裝置的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明裝置中單相定頻滯環(huán)電流控制的結構示意圖； 圖4是本發(fā)明裝置中可變寬度滯環(huán)比較器的示意圖；圖5是本發(fā)明裝置中滯環(huán)寬度估計電路的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。圖1所示為本發(fā)明的方法流程圖，包括如下步驟第一步，檢測風電場交流網側電壓及電流，并計算有功功率八無功功率"第二步，將有功功率尸、無功功率。與其相應參考值/^、 。^比較后，經PI 調節(jié)器計算獲得有功電流指令值i/與無功電流i/指令值；第三步，將電流指令值i/、 i/經兩相旋轉dq坐標系到三相靜止abc坐標系 進行坐標變換后，獲得三相電流指令值厶、厶 厶 再與第一步檢測得到的風 電場交流網側電流實際值厶、厶、厶比較，獲得三相電流偏差信號」厶、4厶、^厶；第四步，每相滯環(huán)比較器分別將各相電流偏差與各自的滯環(huán)寬度比較后輸出 開關信號；第五步，將每相的開關信號《及一固定時鐘信號《輸入到各自的滯環(huán)寬度 估計電路，得到各相滯環(huán)寬度的估計值力K第六步，每相各采用一個PLL鎖相環(huán)相位控制電路檢測其開關信號與一固定 時鐘信號的相位差0，經PI調節(jié)器計算后得到滯環(huán)寬度的修正值A;第七步，將各相滯環(huán)寬度的估計值A與修正值A相加后獲得實際滯環(huán)寬度 值力，并反饋到各自的滯環(huán)比較器，控制其輸出開關信號的頻率為一固定值。結 束后，再進行下一次采樣計算。單次采樣計算流程，可實現(xiàn)功率、電流、開關頻率的三個閉環(huán)控制；滯環(huán)寬 度估計和PLL鎖相環(huán)相位控制實現(xiàn)并行處理，既提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也提 高了電流控制的響應速度；同時，開關頻率的閉環(huán)控制將開關頻率固定在一個給 定值實現(xiàn)固定頻率滯環(huán)電流的控制。如圖2所示，柔性直流輸電變流器的主電路結構及本發(fā)明控制裝置的結構， 其中柔性直流輸電變流器的主電路結構包括風電場三相網側電動勢(ft、 &、 &)、交流濾波電感Z和三相等效電阻^組成變流器的交流網側電路；6只IGBT橋路開關(&, A=l 6)、 6只反向并聯(lián)續(xù)流二極管(KA， A=l 6)組成變流 器三相全控橋。
變流器三相橋路直流側經海底電纜接到岸上受端變流器，同時，直流側并聯(lián) 濾波電容C(采用兩個電容值為2C的電容串聯(lián)以及中性點接地連接方式，使得 中性點電壓無波動，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性)。柔性直流輸電系統(tǒng)的直流側電壓 的穩(wěn)定性由岸上變流器的定直流電壓控制實現(xiàn)，因此，可將岸上變流器端等效為 一個穩(wěn)定的直流電動勢。
所述的交流濾波電感Z、三相全控橋和直流濾波電容C對輸電系統(tǒng)的作用和 影響為
(1) 交流濾波電感VSC正常工作時，能量在交流網側和整流橋之間流動， 部分能量存儲在電感上，然后通過整流橋釋放到直流側，實現(xiàn)PWM變流。電感是
保證三相vsc正常運行的必要條件。
(2) 三相全控橋快速切換功率開關來產生交流側電壓，控制其基波的大小
和相位，從而獲得所期望的交流側電流和功率。
(3) 直流濾波電容為電壓型P麗變流器主要采用的元件。其作用是穩(wěn)定直
流側電壓，濾除直流電壓脈動成分，保證變流器正常工作。三相vsc輸出直流母
線電壓中的"次諧波會經過PWM調制后在網側輸入電流中產生/7+l次諧波，所
以，直流濾波電容也有助于減小輸入電流諧波的作用。
本發(fā)明控制裝置包括交流網側電壓及電流檢測傳感器、功率計算模塊、坐 標變換模塊、單相定頻滯環(huán)控制模塊和開關驅動，其中
所述的交流電壓、電流傳感器，采用瑞士LEM公司的非接觸式霍爾型電壓、
電流傳感器，用于檢測變流器交流網側的三相電壓、電流值。
所述的DSP處理器，是控制系統(tǒng)的核心控制單元，內部編程實現(xiàn)功率計算模 塊、數字PI調節(jié)器和坐標變換模塊。
所述的功率計算模塊，其原理是由公式P二"cos^、 2 = e/Sin^，其中e為
相電壓有效值；i為相電流有效值；5為電壓滯后于電流的相位差。
所述的坐標變換模塊是兩相旋轉d-q坐標系到三相靜止abc坐標系的等量坐 標變換模塊，用于將兩相電流的指令值i/、 i/變換為三相電流的指令值i7、廣、 i二其變換關系式如下<formula>formula see original document page 12</formula>
式中"為電流矢量與d軸間的夾角。
功率計算模塊、坐標變換模塊由DSP處理器內部編程實現(xiàn)。功率計算模塊通
過公式計算后得到有功功率值,和無功功率值。;將其分別與有功功率參考值尸w
和無功功率。w參考值比較后經數字PI調節(jié)計算后得到有功功率指令值力'和無
功功率指令值《；通過兩相旋dq轉坐標系到三相靜止abc坐標系的坐標變換模 塊計算后可得三相電流指令值i/、力\厶 在單相定頻滯環(huán)電流跟蹤控制作用 下，滯環(huán)比較器可輸出三相開關信號5L、 &、 &通過開關驅動電路改變變流器三 相橋路的開關狀態(tài)，使得三相電流值厶、厶、厶迅速跟隨其指令值i/、廣、厶'， 消除電路偏差^1厶、」厶、」厶，實現(xiàn)海上風電柔性直流變流器控制風電場有功功率
A無功功率。與其相應參考值&/、 a^之間的無靜差跟隨控制。
下面結合附圖3、附圖4和附圖5，以本發(fā)明方法和裝置實現(xiàn)單相定頻滯環(huán) 電流跟蹤控制的應用為例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述(單相分析 時相應參量省略下角標a、 b、 c)。
如圖3所示的單相定頻滯環(huán)電流控制結構，包括了滯環(huán)比較器、滯環(huán)寬度估 計電路和PLL鎖相環(huán)相位控制電路。它用于輸出固定頻率的開關信號，通過變流 器橋路作用將電流偏差^li控制在滯環(huán)寬度力內。當開關頻率遠大于電網頻率時， 可近似認為一個開關周期7;內電網電動勢e恒定不變。若定義e"-2e/f^可推導
出7; 二4/2丄/f^(1-《)。其中乃為開關周期；Z為交流網側電抗值；tt。為直流 側電壓值。
可以看出，若滯環(huán)寬度力固定，而e。變化，則P麗開關周期一定變化。為了 使開關周期頻率不變，引入一個固定不變的參考基準時鐘信號，其頻率為《，
周期為7;。當開關信號的周期/;二7;時，可得/^ ; ;(1—《)/4丄。顯然控制滯環(huán) 寬度力可以保持開關信號頻率
如圖4所示為可變寬度滯環(huán)比較器的示意圖，采用一個變限幅電路，通過直
接改變比較器輸出限幅就可以改變滯環(huán)寬度力，實現(xiàn)滯環(huán)寬度可控的滯環(huán)比較器，該電路力越大開關信號頻率《越低。
對于單相橋臂的固定頻率滯環(huán)電流控制，要使得開關頻率《等于一給定的固 定時鐘頻率/;，其滯環(huán)寬度力的控制應從兩方面考慮 一方面，應控制力使得開
關信號的周期y;與固定基準時鐘信號的周期7;相等；另一方面，應控制力使得
開關信號的脈沖序列與固定基準時鐘信號脈沖序列的相位相等，也即相位差0=0。
所述的控制滯環(huán)寬度力使得開關信號的周期7;與固定基準時鐘信號的周期 t;相等，是通過圖5所示的本發(fā)明裝置中滯環(huán)寬度估計電路來實現(xiàn)的。所述的控
制滯環(huán)寬度力使得開關信號的脈沖序列與固定時鐘信號脈沖序列的相位差^二 o，是通過圖3中上方虛線框內的pll鎖相環(huán)相位控制電路來實現(xiàn)的。 以下詳細闡述這兩個電路的
具體實施例方式
如圖5所示為本發(fā)明裝置中滯環(huán)寬度估計電路的示意圖，采用一個單穩(wěn)態(tài)蕩器，開關頻率/;控制其輸出的脈沖周期為7;，固定時鐘頻率/;控制其輸出脈 沖的寬度t;。考慮到7;〉/;時無法實現(xiàn)脈寬控制，引入滯環(huán)寬度力的檢測增益
7/r(其中f〈7)。這樣單穩(wěn)態(tài)振蕩器輸出的脈沖周期為7;，脈沖的寬度為,7X7;。
該脈沖信號用于控制一個模擬開關，通過占空比,/;/7;來調節(jié)滯環(huán)寬度的估計值 力"圖中的濾波器采用低通濾波器，用于中的濾除滯環(huán)寬度的估計值/t高頻擾動， 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。將滯環(huán)寬度的估計值^反饋給滯環(huán)比較器從而形成一個周期的 閉環(huán)控制，使得滯環(huán)比較器輸出的開關信號周期穩(wěn)定在r"增加了整個系統(tǒng)的大 范圍穩(wěn)定性。
所述的pll鎖相環(huán)相位控制電路由pll相位檢測電路和一個pi調節(jié)器組成，
作用對象為滯環(huán)比較器，用于檢測開關信號與固定時鐘頻率信號之間的相位差 0，然后通過pi調節(jié)器輸出滯環(huán)寬度的修正值力p。將滯環(huán)寬度的修正值A與估 計值^相加后得到實際滯環(huán)寬度力輸入到滯環(huán)比較器，從而形成一個相位的閉環(huán)
控制，使得相位差0 = 0。
權利要求
1.一種柔性直流輸電變流器的電流控制方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，檢測風電場交流網側電壓及電流，并計算有功功率P、無功功率Q；第二步，將有功功率P、無功功率Q與其相應參考值Pref、Qref比較后，經PI調節(jié)器計算獲得有功電流指令值id*與無功電流iq*指令值；第三步，將電流指令值id*、iq*經兩項旋轉dq坐標系到三相靜止abc坐標系的坐標變換后，獲得三相電流指令值ia*、ib*、ic*，將其與第一步檢測得到的網側電流實際值ia、ib、ic比較，獲得三相電流偏差信號Δia、Δib、Δic；第四步，每相滯環(huán)比較器分別將各相電流偏差與各自的滯環(huán)寬度比較后輸出開關信號；第五步，將每相的開關信號fs及一固定時鐘信號fr輸入到各自的滯環(huán)寬度估計電路，得到各相滯環(huán)寬度的估計值hr；第六步，每相各采用一個PLL鎖相環(huán)相位控制電路檢測其開關信號與一固定時鐘信號的相位差φ，經PI調節(jié)器計算后得到滯環(huán)寬度的修正值hp；第七步，將各相滯環(huán)寬度的估計值hr與修正值hp相加后獲得實際滯環(huán)寬度值h，并反饋到各自的滯環(huán)比較器，控制其輸出開關信號的頻率為一固定值，結束后，進行下一次采樣計算。
2. 根據權利要求1所述的柔性直流輸電變流器的電流控制方法，其特征是， 第二步所述的經PI調節(jié)器計算獲得有功電流指令值i/與無功電流i/指令值，當 被控電流跟蹤其電流指令值時，實現(xiàn)變流器傳輸有功功率的控制以及對風電場無 功功率的補償。
3. 根據權利要求1所述的柔性直流輸電變流器的電流控制方法，其特征是， 第四步所述的滯環(huán)比較器是采用變限幅電路實現(xiàn)的可變滯環(huán)寬度的滯環(huán)比較器。
4. 根據權利要求1所述的柔性直流輸電變流器的電流控制方法，其特征是， 第五步所述的固定時鐘信號，是一個占空比為1/2，頻率、周期固定不變的單位 方波信號，以該信號的頻率做為開關頻率的參考值，控制開關信號的相位和周期 與該方波信號的相位和周期相等，實現(xiàn)開關頻率的固定。
5. 根據權利要求1所述的柔性直流輸電變流器的電流控制方法，其特征是，第五步所述的滯環(huán)寬度估計電路通過估計滯環(huán)寬度的大小來控制開關周期穩(wěn)定 為固定參考值，第六步所述的PLL鎖相環(huán)相位控制電路通過修正滯環(huán)比較器的滯 環(huán)寬度，使得開關信號的相位與固定時鐘信號的相位保持同相，第五步所述的滯 環(huán)寬度估計電路與第六步所述的PLL鎖相環(huán)相位控制電路共同構成開關頻率的 閉環(huán)控制，在實現(xiàn)直接電流控制快速動態(tài)響應同時，保證了開關頻率的固定。
6. —種柔性直流輸電變流器的電流控制裝置，其特征在于包括交流電壓 及電流傳感器、DSP數字信號處理器、功率計算模塊、坐標變換模塊、滯環(huán)比較 器、滯環(huán)寬度估計電路、低通濾波器、PLL鎖相環(huán)控制電路，其中交流電壓、電流傳感器檢測變流器交流網側電壓、電流，AD轉換后經數字 通道將三相電壓值及電流值輸入DSP處理器；DSP處理器內部的功率計算模塊計算出有功功率和無功功率后經內部數字 PI調節(jié)器計算出有功電流指令值和無功電流指令值，并傳輸至坐標變換模塊；坐標變換模塊將兩相電流指令值轉換為三相電流指令值，將其與三相電流檢 測值進行比較，得到三相電流偏差值；DSP處理器將三相電流偏差值經DA變換后以模擬信號形式輸出至滯環(huán)比較器；滯環(huán)比較器輸出開關信號作用于變流器三相橋臂，同時滯環(huán)比較器輸出的開 關信號與固定時鐘信號共同輸入至滯環(huán)寬度估計電路經低通濾波器濾波后得到滯環(huán)寬度的估計值；PLL鎖相環(huán)相位控制電路檢測開關信號的相位以及固定時鐘信號的相位，并 通過其相位差計算出滯環(huán)寬度的修正值，上述滯環(huán)寬度的估計值與修正值相加后 產生滯環(huán)寬度實際值輸入至滯環(huán)比較器，形成開關信號頻率的閉環(huán)控制。
7. 根據權利要求6所述的柔性直流輸電變流器的電流控制裝置，其特征是， 所述滯環(huán)比較器，采用可變滯環(huán)寬度的變限幅比較電路，通過直接改變比較器輸 出限幅來改變滯環(huán)寬度，這樣滯環(huán)寬度越大輸出開關信號的頻率越低。
8. 根據權利要求6所述的柔性直流輸電變流器的電流控制裝置，其特征是， 所述的滯環(huán)寬度估計電路，采用一個單穩(wěn)態(tài)振蕩器，通過開關頻率信號控制其輸 出的脈沖周期，通過固定時鐘信號控制其輸出脈沖的寬度。該脈沖信號用于控制 一個模擬開關，通過占空比來調節(jié)滯環(huán)寬度的估計值。
9. 根據權利要求6所述的柔性直流輸電變流器的電流控制裝置，其特征是， 所述的PLL鎖相環(huán)控制電路，由PLL相位檢測電路和一個PI調節(jié)器串聯(lián)組成， 作用對象為滯環(huán)比較器，該電路檢測開關信號與固定時鐘頻率信號之間的相位 差，然后通過PI調節(jié)器計算輸出滯環(huán)寬度的修正值。
10. 根據權利要求6所述的柔性直流輸電變流器的電流控制裝置，其特征 是，所述的滯環(huán)寬度的估計值和PI調節(jié)器計算出的滯環(huán)寬度的修正值相加后得 到實際的滯環(huán)寬度，將其輸入到滯環(huán)比較器，實現(xiàn)固定開關頻率的閉環(huán)控制。
全文摘要
一種柔性直流輸電變流器的電流控制方法及裝置，屬于風力發(fā)電中電力傳輸技術領域。本發(fā)明電流控制采用滯環(huán)寬度可調的滯環(huán)比較器，將電流偏差和滯環(huán)寬度比較，當電流偏差超越滯環(huán)寬度時，滯環(huán)比較器輸出開關信號，改變變流器橋路開關管狀態(tài)，減小電流偏差，從而達到電流跟蹤控制的目的；同時對滯環(huán)比較器引入開關信號頻率的閉環(huán)控制，通過對滯環(huán)寬度的動態(tài)調整來控制開關信號的相位及周期等于一個固定時鐘信號的相位和周期，使得開關信號的頻率為一固定值。本發(fā)明提高海上風電柔性直流輸電變流器電流跟蹤控制的動態(tài)響應速度和精度的同時，保持變流器功率管開關頻率的固定，減少了開關應力及開關損耗，提高了傳輸效率。
文檔編號H02J3/38GK101295878SQ20081003854
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2008年6月5日
發(fā)明者響 李, 王志新 申請人:上海交通大學