一種基于多繞組變壓器的變流器有源阻尼控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子變流技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及基于多繞組變壓器的LCL變流器的有源阻尼控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與單電感濾波器相比，LCL濾波器體積小、成本低、濾波效果好，因此在PWM變流器中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是LCL濾波器是個三階系統(tǒng)，存在一個諧振點，如果沒有采取有效的處理措施，該諧振點會導(dǎo)致輸出電流中含有諧振點附近頻率的紋波電流，情況嚴(yán)重的會導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。
[0003]目前抑制該諧振點的方法有兩個:有源阻尼和無源阻尼。
[0004]無源阻尼就是在濾波電容支路串聯(lián)一個電阻。該控制方法較為簡單，但是會增大系統(tǒng)的損耗，降低系統(tǒng)效率，提高一次系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0005]有源阻尼就是通過測量濾波電容支路電流、電網(wǎng)電流或通過狀態(tài)監(jiān)測等方式，在控制回路中增加一個虛擬電阻來抑制控制回路的諧振量。這些控制策略都是基于單個LCL變流器的，增加了傳感器的數(shù)量或者提高了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前還沒有簡單有效的，不用額外增加傳感器的基于多繞組變壓器變流器的有源阻尼控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于多繞組變壓器LCL濾波變流器的有源阻尼控制系統(tǒng)及方法，不需要增加實際的阻尼電阻或額外的傳感器，能有效的抑制LCL濾波器引入的諧振，使變流器的效率和成本都得到改善。
[0007]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于多繞組變壓器的變流器有源阻尼控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:主控制器(1)，調(diào)制器(2)，有源阻尼控制器(3);
[0008]主控制器(1)，用于根據(jù)控制指令Ord產(chǎn)生調(diào)制波Uril，作為有源阻尼控制器(3)輸入之一;其中所述調(diào)制波Uril的表達(dá)式為Uril = [Urila, Urilb, Urilc]T，Urila為A相調(diào)制波、Urilb為B相調(diào)制波、Urilc為C相調(diào)制波；
[0009]有源阻尼控制器(3)，由比例控制模塊K、減法模塊、虛擬電阻R、高通濾波模塊G(s)依次串聯(lián)組成，對電網(wǎng)電流信號Isl和電抗器電流信號ILi進(jìn)行控制，得到有源阻尼控制量Uci2，具體計算公式為:
[0010]Uci2 = (Isl*K1-1Li)*R*G(s)
[0011]其中，電網(wǎng)電流Isl的表達(dá)式為Isl = [Isa, Isb, Isc]T ；Isa為電網(wǎng)A相電流、Isb為電網(wǎng)B相電流、Isc為電網(wǎng)C相電流；電抗器電流ILi的表達(dá)式為ILi =[ILia, ILib, ILicJT, ILia表示第i個模塊的A相電抗電流、ILib表示第i個模塊的B相電抗電流、ILic表示第i個模塊的C相電抗電流；Ki為比例控制模塊的系數(shù)$為虛擬電阻；G(S)為高通濾波器傳遞函數(shù)；有源阻尼控制量Uci2的表達(dá)式為Uci2 =[Uci2a, Uci2b, Uci2c]T, Uci2a為A相有源阻尼控制量、Uci2b為B相有源阻尼控制量、Uci2c為C相有源阻尼控制量；
[0012]調(diào)制波Uril和有源阻尼控制量Uci2經(jīng)過加法器后，輸出調(diào)制波Uri2，具體計算公式為:
[0013]Uri2 = Uril+Uci2
[0014]調(diào)制器(2)，用于將調(diào)制波Uri2轉(zhuǎn)變成PWM脈沖信號；所述調(diào)制波Uri2的表達(dá)式為Uri2 = [Uri2a, Uri2b, Uri2c]T, Uri2a為經(jīng)過有源阻尼修正后的A相調(diào)制波信號、Uri2b為經(jīng)過有源阻尼修正后的B相調(diào)制波信號、Uri2C為經(jīng)過有源阻尼修正后的C相調(diào)制波信號。
[0015]上述方案中，所述比例控制模塊Ki的大小由變壓器變比K和功率模塊數(shù)N共同決定，其公式如下:
[0016]Ki = K/No
[0017]本發(fā)明還提供一種基于多繞組變壓器的變流器有源阻尼控制方法，其特征在于，包括步驟:(I)根據(jù)控制指令Ord產(chǎn)生調(diào)制波Uril ; (2)電網(wǎng)電流信號Isl經(jīng)過比例控制模塊K后和電抗器電流信號ILi做減法運算，得到的信號再經(jīng)過虛擬電阻R、高通濾波模塊G(s)串聯(lián)組成的控制模塊，得到有源阻尼控制量Uci2:
[0018]Uci2 = (Isl*K1-1Li)*R*G(s)
[0019]其中，電網(wǎng)電流Isl的表達(dá)式為Isl = [Isa, Isb, Isc]T ；Isa為電網(wǎng)A相電流、Isb為電網(wǎng)B相電流、Isc為電網(wǎng)C相電流；電抗器電流ILi的表達(dá)式為ILi =[ILia, ILib, ILic]T, ILia表示第i個模塊的A相電抗電流、ILib表示第i個模塊的B相電抗電流、ILic表示第i個模塊的C相電抗電流；Ki為比例控制模塊的系數(shù)$為虛擬電阻；G(S)為高通濾波器傳遞函數(shù)；有源阻尼控制量Uci2的表達(dá)式為Uci2 =[Uci2a, Uci2b，Uci2c]T ;Uci2a為A相有源阻尼控制量、Uci2b為B相有源阻尼控制量、Uci2c為C相有源阻尼控制量；
[0020](3)調(diào)制波Uril和有源阻尼控制量Uci2相加得到調(diào)制波Uri2 ;其中Uri2的表達(dá)式為Uri2 = [Uri2a, Uri2b, Uri2c]T ；Uri2a為經(jīng)過有源阻尼修正后的A相調(diào)制波信號、Uri2b為經(jīng)過有源阻尼修正后的B相調(diào)制波信號、Uri2C為經(jīng)過有源阻尼修正后的C相調(diào)制波信號；
[0021](4)用調(diào)制器將調(diào)制波Uri2轉(zhuǎn)變成PWM脈沖信號。
[0022]上訴方案中，所述比例控制模塊Ki的大小由變壓器變比K和功率模塊數(shù)N共同決定，其公式如下:
[0023]Ki = K/No
[0024]采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果是:
[0025]I)基于多繞組變壓器的變流器，采用LC或LCL濾波器可以有效減小濾波器的體積，提高裝置的功率密度。本發(fā)明采用網(wǎng)側(cè)電流Isl和模塊電抗器電流ILi進(jìn)行有源阻尼控制，網(wǎng)側(cè)電流Isl和模塊電抗器電流ILi需要采樣參與主控制器⑴的控制和保護(hù)，因此本發(fā)明所述的有源阻尼控制策略不需要額外增加傳感器或電阻，就可以有效的抑制LCL濾波器引入的諧振。
[0026]2)網(wǎng)側(cè)電流Isl包含有勵磁涌流，不同模塊模塊電抗器電流ILi有一定偏差，本發(fā)明所述有源阻尼控制策略的高通濾波器G(S)可以濾除電流的低頻分量，保留諧振頻率的分量。不同模塊存在一定的不均流，但是其高頻分量差別不大。本發(fā)明所述的有源阻尼控制策略通過高通濾波器可以有效的濾除低頻分量，保留抑制諧振有用的高頻分量，減小低頻分量對主控制器(I)的擾動。
[0027]3)本發(fā)明所述的有源阻尼控制策略，通過虛擬電阻R來衰減諧振電流，濾波電容支路無需阻尼電阻。因此降低了系統(tǒng)的損耗，提高了系統(tǒng)的效率。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明一種基于多繞組變壓器變流器有源阻尼控制方法的基本原理框圖。
[0029]圖2是本發(fā)明所述的一種基于多繞組變壓器的變流器。
[0030]圖3是本發(fā)明一種基于多繞組變壓器變流器有源阻尼控制系統(tǒng)的一種【具體實施方式】。
【具體實施方式】
[0031]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]如圖2所示，一種應(yīng)用于直流輸電的基于多繞組變壓器變流器，交流接口(4)與交流電網(wǎng)相連，直流接口(5)與直流電網(wǎng)相連，功率模塊(6)與多繞組的副邊繞組相連。功率模塊采用LC濾波器，由于多繞組變壓器有一定的漏抗，因此本質(zhì)上是一個LCL濾波器。
[0033]如圖1所示，一種基于多繞組變壓器的變流器有源阻尼控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:主控制器(1)，調(diào)制器(2)，有源阻尼控制器(3);
[0034]主控制器(1)，用于根據(jù)控制指令Ord產(chǎn)生調(diào)制波Uril，作為有源阻尼控制器(3)輸入之一;其中所述調(diào)制波Uril的表達(dá)式為Uril = [Urila, Urilb, Urilc]T；
[0035]有源阻尼控制器(3)，由比例控制模塊K、減法模塊、虛擬電阻R、高通濾波模塊G(s)依次串聯(lián)組成，對電網(wǎng)電流信號Isl和電抗器電流信號Ili進(jìn)行控制，得到有源阻尼控制量Uci2，具體計算公式為:
[0036]Uci2 = (Isl*K1-1Li)*R*G(s)
[0037]其中，電網(wǎng)電流Isl的表達(dá)式為Isl = [Isa, Isb, Isc]T;電抗器電流Ili的表達(dá)式為ILi = [ILia, ILib, ILic]T, ILi表示第i個模塊的電抗電流；Ki為比例控制模塊的系數(shù)；R為虛擬電阻；G(s)為高通濾波器傳遞函數(shù)；有源阻尼控制量Uci2的表達(dá)式為Uci2 =[Uci2a, Uci2b, Uci2c]T；
[0038]調(diào)制波Uril和有源阻尼控制量Uci2經(jīng)過加法器后，輸出調(diào)制波Uri2，具體計算公式為:
[0039]Uri2 = Uril+Uci2
[0040]調(diào)制器⑵，用于將調(diào)制波Uri2轉(zhuǎn)變成PWM脈沖信號；所述調(diào)制波Uri2的表達(dá)式為 Uri2 = [Uri2a, Uri2b, Uri2c]To
[0041]所述比例控制模塊Ki的大小由變壓器變比K和功率模塊數(shù)N共同決定，其公式如下:Ki = K/No
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