[发明专利]一种负载不平衡条件下双向AC/DC变换器的多模态自治运行控制方法

摘要

本发明涉及交直流混合微电网中双向AC/DC变换器的稳定运行领域，具体指一种负载不平衡条件下双向AC/DC变换器多模态自治运行控制方法。本发明有效地利用双向AC/DC变换器的功率裕量来解决三相不平衡负载对其造成的交流侧输出电流不平衡、传输的有功功率波动、直流母线电压波动等问题，通过调节可调参数C来改变双向AC/DC变换器在PCC处的等效负序阻抗，进而决定由不平衡负载产生的负序电流的流向，使变换器可以在电流平衡、电压不平衡补偿和有功功率平衡三种模态下运行。因此，本发明提高了双向AC/DC变换器的利用率，降低了微电网的投资和运行成本，节约了微电网的空间，确保了微电网的优化稳定运行。

主权项

1.一种负载不平衡条件下双向AC/DC变换器多模态自治运行控制方法，双向AC/DC变换器是三相全桥电路，包括相互并联的三组桥臂，每组桥臂都包括两个相互串联的IGBT，IGBT由功率管和反并联的二极管构成，三相全桥电路的直流侧与直流电源相连，交流侧经过电感与不平衡负载相连，并经公共并网点PCC与大电网相连；其特征在于，所述控制方法包含以下步骤：步骤一：检测PCC处电压v_PCCabc、双向AC/DC变换器交流侧输出电压v_oabc和输出电流i_oabc，将其进行α‑β坐标变换，得到α‑β坐标系下的各个量v_PCCαβ、v_oαβ、i_oαβ，并对v_PCCαβ和v_oαβ进行正负序分离；步骤二：首先，对双向AC/DC变换器的直流侧电压U_dc和交流侧电压有效值U_ac进行标幺化处理，两者作差得到新的参数U_norm，通过U_norm对U_ac进行修正得到变换器交流侧电压有效值的参考值U_ref；其次，利用基于二阶广义积分的锁相环测出交流侧输出电压正序分量的相位δ_ref，最后经过三相正弦量发生器产生双向AC/DC变换器交流侧输出电压参考值的正序分量v_oref⁺；步骤三：将双向AC/DC变换器等效成可控电压源v_o^－和阻抗Z_Con^－的串联，引入一个多模态运行参数C，使步骤一得到的v_o^－和v_PCC^－满足式(1)，通过调节参数C可改变双向AC/DC变换器在PCC处的等效负序阻抗Z_Con,eq，如式(2)所示，从而决定由不平衡负载产生的负序电流流向，进而使双向AC/DC变换器运行在不同的模态；v_o^‑＝‑C·v_PCC^‑，C＞‑1 (1)式中：v_o^－和v_PCC^－分别是双向AC/DC变换器交流侧输出电压和PCC处电压的负序分量，i_o^－是变换器交流侧输出电流的负序分量；(1)当C＝0时，双向AC/DC变换器的等效负序阻抗没有变化，由不平衡负载引起的负序电流流向交流子网和变换器，PCC处电压和变换器交流侧输出电流不平衡，变换器传输的有功功率存在波动，工作在不控模态；(2)当‑1＜C＜0时，双向AC/DC变换器的等效负序阻抗变大，负序电流大部分流向交流子网侧，变换器交流侧输出电流接近正弦波，PCC处电压不平衡度变大，变换器传输的有功功率仍存在波动，工作在电流平衡模态；(3)当C＞0时，双向AC/DC变换器的等效负序阻抗变小，负序电流大部分流向变换器侧，PCC处电压接近正弦波，变换器交流侧输出电流不平衡度变大，传输的有功功率仍存在震荡，工作在电压不平衡补偿模态；(4)当三相负荷不平衡时，双向AC/DC变换器传输的有功功率波动量由两部分组成，因此引入有功平衡参数k_p使这两部分功率波动量相互抵消，如式(3)所示，进而得到多模态运行参数C与有功功率平衡参数k_p间的关系，因此可以通过调节C的值间接地调节k_p的值，使其运行在有功功率平衡模态；v_o⁺·i_o^‑＝‑k_p·v_o^‑·i_o⁺ (3)式中：v_o⁺是双向AC/DC变换器交流侧输出电压的正序分量，i_o⁺是变换器交流侧输出电流的正序分量；上述分析可知，调节多模态运行参数C可以改变双向AC/DC变换器运行模态，变换器交流侧输出电压的负序分量v_o^－也因此而改变，本方法将其作为变换器电压参考值的负序分量v_oref^－；步骤四：将步骤二中得到的v_oref⁺和步骤三中得到的v_oref^－一起构成双向AC/DC变换器电压控制环的参考值，电压控制环的输出作为电流控制环的参考值；当电网中存在不平衡负载时，双向AC/DC变换器输出的电压和电流就包含负序分量，由于PI控制器不能跟踪非直流分量，因此，电压控制和电流控制均采用比例谐振(PR)控制器，随后经过PWM控制，输出PWM波形进而控制双向AC/DC变换器。