大容量隔离型直流换流器变pi变频率控制方法
【专利摘要】本发明属于电力电子领域，具体涉及一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法。本发明根据控制器不同的工作模式设置对应的档位，每个档位设置不同的PI参数，档位随着工作模式的转变进行切换。本发明通过设置换流器稳态对应档位的PI参数，有效保证换流器稳态时控制频率较低，变压器原边电压正负半波对称，无中点电位偏移，长期运行时变压器偏磁及噪声均显著改善。
【专利说明】大容量隔离型直流换流器变Pl变频率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子领域，具体涉及一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法。
【背景技术】
[0002]大容量隔离型直流换流器能够将中高压直流电变换为低压直流，并提供输入输出的电气隔离功能。随着直流电制在陆地电力系统以及机车、船舶、孤岛等独立电力系统的广泛应用，同时，未来分布式智能电网也将被普遍推广，大容量隔离型直流换流器有着广阔的市场前景。
[0003]大容量隔离型直流换流器属于间接式DC/AC/DC结构，内部包含中频隔离变压器，与传统工频变压器相比，工作频率的提高大大减小了变压器的体积、重量，提高了换流器整体的功率密度，但中频隔离变压器的应用带来如下问题:
[0004]I)噪声:限制于大容量电力电子器件的工作频率，中频隔离变压器工作频率在Ik?3kHz范围，由于铁芯软磁材料的磁致伸缩效应，一部分能量将以声波的形式散发出去。根据生理学关于耳的听觉功能相关研究可知，人耳最敏感的声波频率在Ik?3kHz之间，人类的语言频率也主要分布在300?3kHz范围内。因此，大容量中频变压器产生的噪声可能对操作人员或相关用户的语言交流、工作、休息等活动造成极大不便。
[0005]2)直流偏磁:变压器前级逆变单元实际工作过程中，变压器磁路应达到动态的“伏秒平衡”。若变压器原边电压正负波形对称，正负半波伏秒值相等，铁心磁工作点以O点为中心沿磁滞回线对称往复运动。若变压器原边电压正负波形不对称，正负半波伏秒值不等，会使正负半波磁感应强度幅值不同，磁工作区域将偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁，可能会引起变压器磁路饱和，从而触发变压器、IGBT过流保护，严重影响逆变器的安全稳定运行。引起变压器伏秒不平衡可能的原因包括:直流输入电压波动，支撑电容中点电位不平衡；主电路中功率开关管导通时饱和压降不同；由于逆变器在短路保护或关机时采用驱动脉冲瞬时封锁，工作周期不完整；非线性负载扰动所带来的偏磁。
[0006]传统直流变换器由于容量小，工作电压低，开关频率可达到IOkHz以上，噪声问题不明显。在变压器回路中串联隔直电容可以基本上解决变压器直流偏磁问题，但必须考虑隔直电容耐压、额定电流、体积、重量等因素。但不能直接用于大容量变换场合。
【发明内容】
[0007]针对上述技术问题，本发明提供了一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法，降低换流器噪声，在不增加隔直电容的前提下抑制变压器直流偏磁，同时确保直流换流器动态、静态、噪声、短路限流等各项指标满足要求。
[0008]本发明提供了一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法，包括以下步骤:
[0009]A.设置控制器的三个档位及其控制参数，其中I档控制频率较低，PI参数偏小，控制作用最柔和，适用于长期稳定运行，在DCM、CCM两种模式下PI参数不同；3档控制频率快，PI参数较大，主要保证系统动态性能，响应速度快；2档控制频率快，PI参数比3档的参数小，降档过程中衔接3档及I档；
[0010]B.设置档位切换判断条件，根据输出电压纹波指标要求，结合控制器采样精度选取稳态误差Ubs及持续时间Tsta的值，作为降档判断条件；根据输出电压暂态指标要求，结合控制器采样精度选取电压偏差上限值Ubu或下限值ubd，作为升档判断条件；
[0011]C.判断换流器的工作状态，若电压偏差ErrU=Uref-Ufdk (即电压指令值Uief及电压反馈值Ufdk之差)超出电压偏差上限值Ubu或下限值Ubd即认为换流器进入动态；若电压偏差绝对值小于稳态误差Ubs并持续一段时间Tsta,即认为换流器进入稳态；
[0012]
【权利要求】
1.一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法，其特征在于包括以下步骤: A.设置控制器的三个档位，其中I档控制频率较低，PI参数偏小，控制作用最柔和，适用于长期稳定运行，在DCM、CCM两种模式下PI参数不同；3档控制频率快，PI参数较大，主要保证系统动态性能，响应速度快；2档控制频率快，PI参数比3档的参数小，降档过程中衔接3档及I档； B.设置档位切换判断条件，根据输出电压纹波指标要求，结合控制器采样精度选取稳态误差及持续时间Tsta的值，作为降档判断条件；根据输出电压暂态指标要求，结合控制器采样精度选取电压偏差上限值或下限值，作为升档判断条件； C.判断换流器的工作状态，若电压偏差(即电压指令值及电压反馈值之差)超出电压偏差上限值或下限值即认为换流器进入动态；若电压偏差绝对值小于稳态误差并持续一段时间Tsta，即认为换流器进入稳态；当换流器处于稳态时，若输出滤波电感电流断续，在一个周期内的一段时间电感电流等于零，换流器处于DCM模式，若输出滤波电感电流连续，整个周期内电感电流大于零，则换流器处于CCM模式； D.实现档位切换，不同的工作状态对应不同的档位，系统稳态时控制器工作于I档，根据判断CCM、DCM模式选取不同的PI参数；系统动态时控制器工作于3档，2档为3档降档至档位I时的过渡档位。
2.根据权利要求1所述的一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法，其特征在于步骤A具体分为以下步骤: a.在理论分析基础上，结合实际情况选取控制频率、PI参数作为3档的控制参数，要求在此组参数下换流器突加、突卸负载及短路限流等动态指标满足要求； b.在理论分析基础上，结合实际情况选取控制频率、PI参数作为I档DCM模式时的控制参数，要求在此组参数下换流器处于DCM工作模式时噪声、输出电压纹波、稳态电压调整率等稳态指标满足要求； c.在理论分析基础上，结合实际情况选取控制频率、PI参数作为I档CCM模式时的控制参数，要求在此组参数下换流器处于CCM工作模式时噪声、输出电压纹波、稳态电压调整率等稳态指标满足要求； d.根据上述步骤得到的I档、3档PI参数，选取中间过渡作为2档的PI参数，2档的控制频率与3档控制频率相同，要求在此组参数下换流器DCM或CCM工作模式时噪声、输出电压纹波、稳态电压调整率等稳态指标满足要求。
3.根据权利要求1所述的所述的一种大容量隔离型直流换流器变PI变频率控制方法，其特征在于步骤D具体分为以下步骤: a.换流器进行降档判断，换流器处于稳态时，计时器进行累加；换流器处于非稳态时，计时器清零，换流器进行升档判断； b.计时器累积时间大于设置的持续时间，计时器清零；计时器的累积时间不大于设置的持续时间，换流器作升档判断； c.计时器清零后，若换流器处于3档，则降至2档后进行升档半段；若换流器处于2档则降至I档后进行升档判断；若换流器处于I档，则维持I档并进行升档判断； d.换流器进行升档判断，若换流器处于动态则升至3档后实现参数输出；若换流器处于非动态则直接实现参数输出。
【文档编号】H02M3/28GK103441678SQ201310367377
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】肖飞, 王瑞田, 谢帧, 范学鑫, 杨国润, 揭贵生, 王恒利, 陆明科 申请人:中国人民解放军海军工程大学