本發(fā)明涉及一種含儲能的電弧爐供能電源及其控制方法。

背景技術(shù)：

我國的交流電弧爐快速發(fā)展于上個世紀年90代，冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量取決于爐溫的控制，因此供電穩(wěn)定性對電弧爐至關(guān)重要。同時為一種大功率用電設(shè)備，交流電弧爐正常工作時仍對電網(wǎng)功率因數(shù)及電壓穩(wěn)定有很大的影響，許多問題待解決。主要包括以下幾個方面：

(1)電弧爐功率的大幅度沖擊性變化導(dǎo)致電網(wǎng)局部波動和閃變；

(2)負荷不對稱引起三相不平衡；

(3)電弧爐的強電感性特性導(dǎo)致電網(wǎng)接入點功率因數(shù)偏低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

本發(fā)明提出一種含儲能的電弧爐供能電源系統(tǒng)及其控制方法，其目的是解決以往所存在的問題。

技術(shù)方案：

含儲能的電弧爐供能電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電網(wǎng)接入及測量單元、網(wǎng)側(cè)變流單元、直流母線、儲能功率控制單元、大功率儲能裝置、逆變單元和主控制器組成，電網(wǎng)接入及測量單元通過網(wǎng)側(cè)變流單元、直流母線和逆變單元連接電弧爐，通過網(wǎng)側(cè)變流單元、直流母線和逆變單元將電弧爐和電網(wǎng)隔離，大功率儲能裝置通過DC/DC單元接入直流母線；主控制器通過AD轉(zhuǎn)換器采集網(wǎng)側(cè)變流單元功率、電弧爐功率、儲能系統(tǒng)輸出功率的測量信號，主控制器采用現(xiàn)場總線和網(wǎng)側(cè)變流單元、逆變單元、儲能功率控制單元通訊；儲能功率控制單元是含儲能的電弧爐供能電源的重要組成部分，它連接儲能裝置和系統(tǒng)直流母線。

通過網(wǎng)側(cè)變流單元、直流母線和逆變單元將電弧爐和電網(wǎng)隔離，大功率儲能裝置通過DC/DC單元接入直流母線。

電網(wǎng)經(jīng)過整流得到穩(wěn)定的直流電壓，儲能裝置系統(tǒng)經(jīng)雙向DC/DC變換單元連接到直流母線起調(diào)節(jié)作用，直流母線經(jīng)過逆變單元對交流電弧爐負載進行供電。當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時，利用儲能裝置的存儲能量穩(wěn)定系統(tǒng)中直流母線的電壓，使得交流電弧爐在電網(wǎng)不穩(wěn)定時刻也可以在恒頻恒壓下正常的工作，達到不間斷對電弧爐負載進行供電的目的。電網(wǎng)正常時，由能量管理模塊負責(zé)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流單元的實時有功和無功功率，平滑整個系統(tǒng)的功率波動。儲能裝置平衡直流電弧爐功率和電網(wǎng)功率的差，同時經(jīng)過整流、逆變和混合儲能系統(tǒng)解決電弧爐對電網(wǎng)造成的一系列沖擊問題。

儲能裝置采用DC/DC變換裝置通過直流母線鏈接，在網(wǎng)側(cè)變流單元和逆變單元之間起到能量緩沖的作用，避免電網(wǎng)波動或故障對電弧爐溫度造成影響?？梢圆捎脝我蝗C液流電池滿足電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)的功率和容量要求。全釩液流電池充放電過程是可逆的，在釩液流電池處于充電狀態(tài)時，電池將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，當釩液流電池處于放電狀態(tài)下時，電池將釩離子溶液的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來。在充放電的過程中，隨著不同價態(tài)的釩離子溶液濃度的變化，從而實現(xiàn)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換。因此，全釩液流電池功率和容量可獨立設(shè)計，實現(xiàn)大功率、大容量儲能。儲能裝置也可以采用混合裝置(由釩液流電池、鋰電池或其他類型電池組成)。鋰電池實現(xiàn)對釩液流電池本身伺服系統(tǒng)供電，并緩解釩液流電池不同電池組啟停過程的沖擊。兩種不同類型的儲能容量可根據(jù)電網(wǎng)進行差異化配置，減小不同工況下儲能自耗電，以達到最佳性價比。

主控制器通過AD轉(zhuǎn)換器采集網(wǎng)側(cè)變流單元功率P₂、電弧爐功率P₁、儲能系統(tǒng)輸出功率P₃等測量信號，采用現(xiàn)場總線和網(wǎng)側(cè)變流單元、逆變單元、儲能功率控制單元通訊，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的能量調(diào)度。

電弧爐負載正常工作時刻，功率波動較大而且需要電網(wǎng)提供大量的無功功率，影響電網(wǎng)的安全運行和其它電子設(shè)備的正常工作，降低了電能的有效利用率。網(wǎng)側(cè)變流單元在保證電弧爐功率、功率因數(shù)需求的前提下，盡可能平滑從電網(wǎng)的功率值，并調(diào)整功率因數(shù)到設(shè)定值。網(wǎng)側(cè)變流單元采用PWM整流方案，具有網(wǎng)側(cè)電流低諧波、能量雙向流動和直流電壓可控等優(yōu)點。

網(wǎng)側(cè)變流單元的出口電壓在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的d軸分量U_d和q軸分量U_q的控制方程為：

式中，K_p，K_i分別為電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；I_d、I_q分別為交流側(cè)系統(tǒng)電流矢量的d軸和q軸分量，I_d、I_q的電流參考值I_d-ref、I_q-ref可由功率環(huán)的PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到；U_sd、U_sq分別為交流側(cè)系統(tǒng)電壓矢量的d軸和q軸分量；w為交流系統(tǒng)基波角頻率rad/s；L為系統(tǒng)換流器濾波電感，1/s表示積分環(huán)節(jié)。

I_d、I_q的電流參考值I_d-ref、I_q-ref可由功率環(huán)的PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到。電網(wǎng)電壓矢量與d軸同相，要實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行，交流側(cè)電流矢量需要跟蹤電網(wǎng)電壓矢量，因此交流側(cè)電流矢量只含有d軸分量，其q軸分量為零。

式中，K’_p，K’_i分別為功率外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，1/s表示積分環(huán)節(jié)；P_2ref是有功功率的參考值。

整個系統(tǒng)能量守恒P₂＝P₁+P₃，儲能系統(tǒng)的輸出功率P₃由P₁和P₂共同決定。主控制器通過控制網(wǎng)側(cè)變流單元功率調(diào)節(jié)大功率儲能裝置充放電功率，從而調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)荷電水平(SOC)，達到經(jīng)濟性最佳的目標。網(wǎng)側(cè)變流單元有功功率的參考值P_2ref按照下式進行PI調(diào)節(jié)，電網(wǎng)正常且非用電高峰可以將SOC調(diào)至較低，達到釋放儲存電能的目的；在用電低谷時，調(diào)節(jié)SOC到較高，達到吸收存儲電能的目的。

其中，k_p，k_i分別為PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，1/s表示積分環(huán)節(jié)。SOC_ref為儲能電池SOC的設(shè)定值，該值可以根據(jù)峰谷電價調(diào)整。

儲能功率控制單元是含儲能的電弧爐供能電源的重要組成部分，它連接儲能裝置和系統(tǒng)直流母線。儲能功率控制單元實現(xiàn)電池充放電整個過程中保持高壓側(cè)電壓的恒定，從而提高整個系統(tǒng)的電壓和頻率的穩(wěn)定性。另一重要功能是低壓側(cè)儲能電池與直流高壓側(cè)能量的雙向高效流動，維持儲能電池、電網(wǎng)和負載之間的功率平衡。即電弧爐負荷功率大于網(wǎng)側(cè)變流單元從電網(wǎng)獲取功率時控制儲能電池放電向直流母線供給能量；電弧爐負荷功率小于網(wǎng)側(cè)變流單元從電網(wǎng)獲取功率時控制儲能電池充電從直流母線吸收多余能量。

為了提高系統(tǒng)的動態(tài)特性，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，需對DC/DC構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，因此采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)串級控制。

逆變器作為供能電源和電弧爐的接口，是供電電源負荷端的關(guān)鍵設(shè)備。采用三相電壓型換流器結(jié)構(gòu)、V/F控制，其控制目的是系統(tǒng)直流母線電壓在一定范圍內(nèi)變化時，系統(tǒng)輸出電壓的幅值和頻率一直維持不變。V/F控制使用輸出電壓電流瞬時雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是電感電流瞬時調(diào)節(jié)環(huán)，構(gòu)成電流隨動系統(tǒng)，能大大加快抗擾的動態(tài)過程，用以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，使整個系統(tǒng)工電壓作穩(wěn)定，并且保證有很強的魯棒性；外環(huán)是瞬時電壓控制環(huán)，用于改善系統(tǒng)輸出電壓的波形，使其具有較高的輸出精度，使輸出電壓波形瞬時跟蹤給定值。

將u’_d,u’_q和i’_d,i’_q作為等效控制變量，d軸和q軸電流分量分別只受對應(yīng)軸控制變量的影響，由電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器比例積分環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

通過引入電流狀態(tài)反饋量wLi_lq,wLi_ld,電壓狀態(tài)反饋量wCu_gq，wCu_gd來實現(xiàn)兩軸間的解耦控制；同時又引入電網(wǎng)電壓前饋補償項，實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓擾動的補償，通過對負載電流的前饋補償來實現(xiàn)對負載擾動的補償。

式中，k_p，k_i分別為電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；k’_p，k’_i分別為為電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；i_dref、i_qref分別為電流i_d、i_q的參考值。u_dref、u_qref分別為電壓u_d、u_q的參考值。w為系統(tǒng)基波角頻率rad/s；L為系統(tǒng)換流器濾波電感，C為系統(tǒng)濾波電容，1/s表示積分環(huán)節(jié)。

優(yōu)點效果：一種含儲能的電弧爐供能電源系統(tǒng)及其控制方法，該方法可以在電網(wǎng)異常時保持電弧爐供電穩(wěn)定，并減小對電網(wǎng)的沖擊、解決電弧爐引起的電網(wǎng)接入點功率因素低、三相不平衡的問題。

具體為，本方法可以在電網(wǎng)異常時保持電弧爐供電穩(wěn)定，并減小對電網(wǎng)的沖擊、解決電弧爐引起的電網(wǎng)接入點功率因素低、三相不平衡的問題。在電網(wǎng)電壓閃變、短時間掉電時可以實現(xiàn)對電弧爐的不間斷、穩(wěn)定供電，以穩(wěn)定爐溫、保證冶金產(chǎn)品的質(zhì)量，同時能夠減小電弧爐功率波動、功率因數(shù)低等因數(shù)對電網(wǎng)造成的不利影響。

附圖說明

圖1為含儲能的電弧爐供能電源組成與結(jié)構(gòu)；

圖2網(wǎng)側(cè)變流單元的雙環(huán)控制框圖；

圖3儲能控制器控制框圖；

圖4逆變單元的電壓電流雙閉環(huán)控制框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:

(1)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)：

含儲能的電弧爐供能電源主要由電網(wǎng)接入及測量單元、網(wǎng)側(cè)變流單元、直流母線、雙向DC/DC變換單元、大功率儲能裝置、逆變單元和主控制器組成。如附圖1所示，通過網(wǎng)側(cè)變流單元、直流母線和逆變單元將電弧爐和電網(wǎng)隔離，大功率儲能裝置通過DC/DC單元接入直流母線。

電網(wǎng)經(jīng)過整流得到直流電壓，儲能裝置系統(tǒng)經(jīng)雙向DC/DC變換單元連接到直流母線起調(diào)節(jié)作用，直流母線經(jīng)過逆變單元對交流電弧爐負載進行供電。當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時，利用儲能裝置的存儲能量穩(wěn)定系統(tǒng)中直流母線的電壓，使得交流電弧爐在電網(wǎng)不穩(wěn)定時刻也可以在恒頻恒壓下正常的工作，達到不間斷對電弧爐負載進行供電的目的。電網(wǎng)正常時，由能量管理模塊負責(zé)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流單元的實時有功和無功功率，平滑整個系統(tǒng)的功率波動。儲能裝置平衡直流電弧爐功率和電網(wǎng)功率的差，同時經(jīng)過整流、逆變單元和混合儲能系統(tǒng)解決電弧爐對電網(wǎng)造成的一系列沖擊問題。

儲能裝置采用DC/DC變換裝置通過直流母線鏈接，在網(wǎng)側(cè)變流單元和逆變單元之間起到能量緩沖的作用，避免電網(wǎng)波動或故障對電弧爐溫度造成影響?？梢圆捎脝我蝗C液流電池滿足電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)的功率和容量要求。全釩液流電池充放電過程是可逆的，在釩液流電池處于充電狀態(tài)時，電池將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，當釩液流電池處于放電狀態(tài)下時，電池將釩離子溶液的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來。在充放電的過程中，隨著不同價態(tài)的釩離子溶液濃度的變化，從而實現(xiàn)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換。因此，全釩液流電池功率和容量可獨立設(shè)計，實現(xiàn)大功率、大容量儲能。儲能裝置也可以采用混合裝置(由釩液流電池、鋰電池或其他類型電池組成)。鋰電池實現(xiàn)對釩液流電池本身伺服系統(tǒng)供電，并緩解釩液流電池不同電池組啟停過程的沖擊。兩種不同類型的儲能容量可根據(jù)電網(wǎng)進行差異化配置，減小不同工況下儲能自耗電，以達到最佳性價比。

(2)主控制器

主控制器通過AD轉(zhuǎn)換器采集網(wǎng)側(cè)變流單元功率P₂、電弧爐功率P₁、儲能系統(tǒng)輸出功率P₃等測量信號，采用現(xiàn)場總線和網(wǎng)側(cè)變流單元、逆變單元、儲能功率控制單元通訊，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的能量調(diào)度。

(3)網(wǎng)側(cè)變流單元及其控制

電弧爐負載正常工作時刻，功率波動較大而且需要電網(wǎng)提供大量的無功功率，影響電網(wǎng)的安全運行和其它電子設(shè)備的正常工作，降低了電能的有效利用率。網(wǎng)側(cè)變流單元在保證電弧爐功率、功率因數(shù)需求的前提下，盡可能平滑電網(wǎng)的功率值，并調(diào)整功率因數(shù)到設(shè)定值。網(wǎng)側(cè)變流單元采用PWM整流方案，具有網(wǎng)側(cè)電流低諧波、能量雙向流動和直流電壓可控等優(yōu)點，實現(xiàn)了電能的綠色變換，可從根本上解決功率波動和無功功率的問題。經(jīng)整流得到的穩(wěn)定直流電易于滿足交直流負荷對于供電多樣性和電能質(zhì)量的要求，而且直流母線僅需考慮有功功率的平衡，無需考慮無功功率流動。直流母線電壓是衡量不間斷供電系統(tǒng)穩(wěn)定的唯一指標，只要控制住微網(wǎng)中的電壓穩(wěn)定，就可以控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

變流單元在三相靜止abc坐標系下的數(shù)學(xué)模型物理意義明確，但是所需要控制的變量均為時變交流量。為了簡化控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠獨立和控制網(wǎng)側(cè)變流單元中的各變量，通過坐標變換來實現(xiàn)，將三相靜止abc坐標系轉(zhuǎn)換成同步旋轉(zhuǎn)dq坐標系，將模型中的三相交流量轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)的直流量，得到三相換流器在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標系下的數(shù)學(xué)模型為：

式中，w為交流系統(tǒng)基波角頻率rad/s；U_sd、U_sq分別為交流側(cè)系統(tǒng)電壓矢量的d軸和q軸分量；I_d、I_q分別為交流側(cè)系統(tǒng)電流矢量的d軸和q軸分量；s_d、s_q為三相換流器開關(guān)函數(shù)的d軸和q軸分量；L為換流器系統(tǒng)的電感,R為系統(tǒng)等效電阻。

為了維持對電網(wǎng)三相對稱，網(wǎng)側(cè)變流單元的有功功率P和無功功率Q可表示為：

示中，U_sd、U_sq分別為交流側(cè)系統(tǒng)電壓矢量的d軸和q軸分量；I_d、I_q分別為交流側(cè)系統(tǒng)電流矢量的d軸和q軸分量。

通過三相換流器在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標系下的數(shù)學(xué)模型，d軸電流分量除了受到控制量的影響外，還受到電流耦合項及電網(wǎng)交流電壓d軸分量擾動的影響；而q軸電流分量除了受到控制量的影響外，還受到電流耦合項及電網(wǎng)交流電壓q軸分量擾動的影響。為了消除dq軸變量耦合的影響，需要對其進行解耦。令：

則有：

將U’_d、U’_q為等效控制變量，d軸和q軸電流分量分別只受對應(yīng)軸控制變量的影響，相互獨立，原系統(tǒng)可等效成一個解耦的一階線性系統(tǒng)。而等效控制變量U’_d、U’_q可由電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器比例積分環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

式中，K_p，K_i分別為電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，1/s表示積分環(huán)節(jié)；I_d-ref、I_q-ref分別為電流I_d、I_q的參考值。

交流側(cè)的出口電壓，即換流器控制電壓在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的d軸分量U_d和q軸分量U_q的控制方程為：

對電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)中加入電流分量間的耦合補償以及輸出電壓的前饋補償，對原系統(tǒng)進行反饋線性化設(shè)計。電流間耦合分量的狀態(tài)反饋實現(xiàn)dq軸間的完全解耦，而輸出電壓的前饋補償可有效減小擾動對控制系統(tǒng)的影響。

I_d、I_q的電流參考值I_d-ref、I_q-ref可由功率環(huán)的PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到。電網(wǎng)電壓矢量與d軸同相，要實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行，交流側(cè)電流矢量需要跟蹤電網(wǎng)電壓矢量，因此交流側(cè)電流矢量只含有d軸分量，其q軸分量為零。

式中，K’_p，K’_i分別為功率外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，1/s表示積分環(huán)節(jié)；P_2ref是有功功率的參考值。

在網(wǎng)側(cè)變流單元中，有功功率的參考值P_2ref由儲能系統(tǒng)的輸出功率P₃和電弧爐負載的瞬時功率P₁共同決定。其中P₃是由儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC決定的，在電網(wǎng)正常且非用電高峰可以將SOC調(diào)至較低，達到釋放儲存電能的目的；在用電低谷時，調(diào)節(jié)SOC到較高，達到吸收存儲電能的目的。

其中:k_p，k_i分別為PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù),1/s表示積分環(huán)節(jié)。SOC_ref為儲能電池SOC的設(shè)定值，該值可以根據(jù)峰谷電價調(diào)整。根據(jù)上述方法，功率外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)，功率差值通過PI調(diào)節(jié)得到電流內(nèi)環(huán)的電流參考值，電流內(nèi)環(huán)采用PI控制，電流差值通過PI環(huán)節(jié)，得到換流器的等效控制變量U’_d、U’_q，然后通過引入前饋補償和狀態(tài)反饋獲得換流器控制電壓在dq坐標系的參考值U_d和U_q，經(jīng)過dq-abc變換，得到換流器的三相脈寬調(diào)制信號，脈寬調(diào)制信號輸入到PWM發(fā)生器中，產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖信號，控制換流器中各相橋臂的開斷，從而控制換流器有功功率和無功功率按給定值輸出，雙環(huán)控制如圖2所示。

(4)儲能功率控制單元及其控制方法

儲能功率控制單元是含儲能的電弧爐供能電源的重要組成部分，它連接儲能裝置和系統(tǒng)直流母線。儲能功率控制單元實現(xiàn)電池充放電整個過程中保持高壓側(cè)電壓的恒定，從而提高整個系統(tǒng)的電壓和頻率的穩(wěn)定性。另一重要功能是低壓側(cè)儲能電池與直流高壓側(cè)能量的雙向高效流動，維持儲能電池、電網(wǎng)和負載之間的功率平衡。即電弧爐負荷功率大于網(wǎng)側(cè)變流單元從電網(wǎng)獲取功率時控制儲能電池放電向直流母線供給能量；電弧爐負荷功率小于網(wǎng)側(cè)變流單元從電網(wǎng)獲取功率時控制儲能電池充電從直流母線吸收多余能量。

為了提高系統(tǒng)的動態(tài)特性，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，需對DC/DC構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，因此采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)串級控制。其中電壓外環(huán)可以穩(wěn)定直流高壓側(cè)的電壓，減小整個系統(tǒng)電壓的波動，提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性；外環(huán)高壓側(cè)實測電壓U_dc與電壓給定參考值U_dc-ref的偏差ΔU_dc經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器的PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)的電流參考值I_L-ref，電流參考值與電感電流的實際值I_L的偏差ΔI_L通過電流調(diào)節(jié)器的PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM控制器的觸發(fā)信號，產(chǎn)生PWM脈沖信號調(diào)節(jié)變流器的輸出電壓，其控制框圖如圖3。

(5)逆變單元及其控制方法

逆變器作為供能電源和電弧爐的接口，是供電電源負荷端的關(guān)鍵設(shè)備。采用三相電壓型換流器結(jié)構(gòu)、V/F控制，其控制目的是系統(tǒng)直流母線電壓在一定范圍內(nèi)變化時，系統(tǒng)輸出電壓的幅值和頻率一直維持不變。V/F控制使用輸出電壓電流瞬時雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是電感電流瞬時調(diào)節(jié)環(huán)，構(gòu)成電流隨動系統(tǒng)，能大大加快抗擾的動態(tài)過程，用以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，使整個系統(tǒng)工電壓作穩(wěn)定，并且保證有很強的魯棒性；外環(huán)是瞬時電壓控制環(huán)，用于改善系統(tǒng)輸出電壓的波形，使其具有較高的輸出精度，使輸出電壓波形瞬時跟蹤給定值。

逆變單元經(jīng)dq變換后得到的狀態(tài)方程：

式中，u_ld和u_lq、u_gd和u_gq、i_ld和i_lq、i_gd和i_gq分別是u_li，u_gi，i_li，i_gi經(jīng)Park變換的到；其中u_li和i_li是變流器輸出端電壓和電流，i_gi和u_gi分別是逆變單元經(jīng)過濾波后輸出的電流和電壓。

令：

將u’_d,u’_q和i’_d,i’_q作為等效控制變量，d軸和q軸電流分量分別只受對應(yīng)軸控制變量的影響，由電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器比例積分環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

通過引入電流狀態(tài)反饋量wLi_lq,wLi_ld,電壓狀態(tài)反饋量wCu_gq，wCu_gd來實現(xiàn)兩軸間的解耦控制；同時又引入電網(wǎng)電壓前饋補償項，實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓擾動的補償，通過對負載電流的前饋補償來實現(xiàn)對負載擾動的補償。

式中，k_p，k_i分別為電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；k’_p，k’_i分別為為電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；i_ldref、i_lqref分別為電流i_ld、i_lq的參考值，u_gdref、u_gqref分別為電壓u_gd、u_gq的參考值，其中u_ld、u_lq和i_ld、i_lq為變流器輸出端電壓和電流經(jīng)dq變換得到，u_gd、u_gq和i_gd、i_gq為逆變單元濾波輸出端電壓和電流經(jīng)dq變換得到；w為系統(tǒng)基波角頻率rad/s；L為系統(tǒng)換流器濾波電感，C為系統(tǒng)濾波電容，1/s表示積分環(huán)節(jié)。

逆變單元的電壓電流雙閉環(huán)控制框圖可表示如圖4。電壓外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)，電壓差值通過PI調(diào)節(jié)得到電流內(nèi)環(huán)的電流參考值，電流內(nèi)環(huán)采用PI控制，電流差值通過PI環(huán)節(jié)，得到換流器的等效控制變量u’_d、u’_q，然后通過引入電壓前饋補償和電流狀態(tài)反饋獲得換流器控制電壓在dq坐標系的參考值u_ld、u_lq，經(jīng)過dq-abc變換，即可得到換流器的三相脈寬調(diào)制信號，脈寬調(diào)制信號輸入到PWM發(fā)生器中，產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖信號，控制換流器中各相橋臂的開斷，從而使得逆變單元輸出的電壓和頻率穩(wěn)定。

綜上所述，本方法的優(yōu)點在于在電網(wǎng)電壓閃變、短時間掉電時可以實現(xiàn)對電弧爐的不間斷、穩(wěn)定供電，以穩(wěn)定爐溫、保證冶金產(chǎn)品的質(zhì)量，同時能夠減小電弧爐功率波動、功率因數(shù)低等因素對電網(wǎng)造成的不利影響。