一种双零序电压注入的链式并网逆变器容错控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种双零序电压注入的链式并网逆变器容错控制方法，可分为如下部分：（1）直流侧优化控制：在传统的正序电流解耦控制基础上对直流侧指令值进行优化处理计算。（2）相间直流侧电压的平衡控制：通过公式计算出用于相间直流侧平衡的零序电压注入指令值。（3）容错控制：通过公式计算出用于容错控制的零序电压注入指令值。（4）相内直流侧平衡控制及脉冲发生。该方法将直流侧电压的平衡和容错控制综合考虑，可以在处理故障单元时保证输出电流不突变，快速实现相间功率调节和直流侧的电压平衡，同时通过对直流侧电压指令值的优化，增强了链式并网逆变器的容错能力。
【专利说明】一种双零序电压注入的链式并网逆变器容错控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高压大功率电力电子技术在电力系统中的应用【技术领域】，涉及一种链式变换器的容错控制方法。
【背景技术】
[0002]H桥链式结构在并网逆变、储能、电力电子变压器等领域成为了研究的热点，它对于配合可再生能源大规模并网、大规模储能和增强电力系统稳定性具有重要的意义。此类型的并网逆变器器可以无变压器地接入高压电网，结构上易于模块化实现，并具有较低开关损耗和谐波输出，但使用的开关器件数目众多，随着链式单元数的增加，故障率也会提高。
[0003]关于H桥链式结构的容错控制已有一些处理方法。有文献提出在链式STATC0M中使用对称旁路法，对同层的非故障单元进行旁路处理，这对装置冗余度提出了很高的要求，不适合较多单元故障的处理。也有文献提出通过仅对故障相的单元输出电压做增大处理的方法，容错能力较之对称旁路有一定的提高，但仍然不适合单相故障单元较多的情况。研究最为集中的中心点偏移法可用于高压变频器的容错控制，在各相剩余的单元数不相等时输出不对称的相电压，仍保持线电压的一致，但该方法是基于各单元输出电压一致来考虑的，未计及相间的功率流动，不利于直流侧电压的平衡，不适合并网逆变器的容错控制。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对上述存在的问题，本发明的目的在于提出一种用于链式并网逆变器的容错控制方法，该方法可以在处理故障单元时不发生电流突变，实现无缝切换，快速实现相间功率调节和直流侧的电压平衡，从而在保证装置稳定运行的同时增强链式并网逆变器的各错能力。
[0005]技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于双零序电压注入和直流侧优化的链式并网逆变器容错控制方法，该方法包括如下步骤:
[0006]步骤1:直流侧优化控制
[0007]步骤1.1:利用各相的输出电压调制波计算出经优化控制后的整体直流侧电压指令值
[0008]步骤1.2:将总的直流侧电压均值h与指令电压值进行比较后，经过比例积分调节器，得到指令有功电流值ζ ；
[0009]步骤1.3:利用系统电压和电流中的正序分量经过abc/dq变换，即使三相静止坐标变换为二相旋转坐标的变换，得到的系统电压和电流的d、q轴分量ed，eq, id, i,，通过计算
得到各相输出电压调制波;
[0010]步骤2:相间直流侧平衡控制；[0011]步骤2.1:计算各相直流侧电压平均值，分别与总的直流侧电压均
值h进行比较后经过比例积分调节器，并乘以各相正常运行的单元数，得到各相需要调整的有功功率Λ Pa，Λ Pb，APc;
[0012]步骤2.2:各相需要调整的有功功率ΔΡα, ΔΡβ, APcAPa, ΔΡβ, APc进行abc/α β变换，即三相静止坐标变换为两相静止坐标的变化，得到α β坐标系下的有功调整量ΔΡα, APe ;
[0013]步骤2.3:利用ΛΡα，ΔΡ0以及逆变器输出正序电流的幅值，计算出所需注入的平衡零序电圧的幅值、相位；
[0014]步骤3:容错控制
[0015]步骤3.1:通过检测得到发生单元故障时各相故障单元数nA，nB, nc以及逆变器输出的正序电压的幅值和相角vP，φΡ'
[0016]步骤3.2:利用发生单元故障时各相故障单元数nA，nB, nc和逆变器输出的正序电压的幅值和相角VP，φρ汁算出所需注入的容错零序电压wf的幅值及相位；
[0017]步骤4:相内直流侧平衡控制及脉冲生成
[0018]步骤4.1:各相输出电压调制波通过相内直流侧平衡控制模块得到各个单元的输出电压调制波uai，Ubi, Uci ;
[0019]步骤4.2:最终通过载波移相脉冲宽度调制模块生成各个开关器件的脉冲信号。
[0020]有益效果:
[0021](I)实现链式并网逆变器旁路故障单元时并网电流无冲击，达到无缝切换；
[0022](2)故障下快速实现相间功率调节和直流侧的电压平衡；
[0023](3)对直流侧电压实行优化控制，拓宽了可旁路单元的数量，从而增强了链式并网逆变器的容错能力；
[0024](4)算法采用dq旋转坐标系，实现简单方便快速，物理概念清晰，能够很好得实现网侧电流的无静差控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1链式并网逆变器拓扑图；
[0026]图2单元模块的拓扑结构图；
[0027]图3总控制框图。
【具体实施方式】
[0028]本发明主要用于链式H桥并网逆变器容错控制，图1为星形连接的链式并网逆变器结构图，其中各单相由N个H桥单元串联而成，三相之间采用星形连接。图2为单元模块的拓扑结构图，每个单元都由旁路机构(I部分)、H桥模块(II部分)、隔离DC/DC变换模块(III部分)组成。
[0029]本发明提供的一种基于双零序电压注入和直流侧优化的链式并网逆变器容错控制方法，该方法包括如下步骤:[0030]步骤1:直流侧优化控制
[0031]步骤1.1:利用各相的输出电压调制波W!,，计算出经优化控制后的整体直流侧电压指令值.^4;
[0032]步骤1.2:将总的直流侧电压均值&与指令电压值进行比较后，经过比例积分调节器，得到指令有功电流值ζ ；
[0033]步骤1.3:利用系统电压和电流中的正序分量经过abc/dq变换(三相静止坐标变换为二相旋转坐标)得到的系统电压和电流的d、q轴分量ed，eq, id, i,，通过计算得到各相输
出电压调制波V:, V〗，
[0034]步骤2:相间直流侧平衡控制；
[0035]步骤2.1:计算各相直流侧电压平均值<4，&1^，&^，分别与总的直流侧电压均
值^^进行比较后经过比例积分调节器，并乘以各相正常运行的单元数，得到各相需要调整的有功功率Λ ΡΑ，Λ Pb，APc；
[0036]步骤2.2:各相需要调整的有功功率Δ ΡΑ, Δ ΡΒ, Λ Pc Λ ΡΑ, Δ ΡΒ, Δ Pc进行abc/ α β变换(三相静止坐标变换为两相静止坐标)得到α β坐标系下的有功调整量ΛΡα，ΔΡ0 ；
[0037]步骤2.3:利用ΛΡα, AP0以及逆变器输出正序电流的幅值，计算出所需注入的平
衡零序电圧 < 的幅值、相位；
[0038]步骤3:容错控制
[0039]步骤3.1:通过检测得到发生单元故障时各相故障单元数nA，nB, nc以及逆变器输出的正序电压的幅值和相角vP，φΡ'
[0040]步骤3.2:利用发生单元故障时各相故障单元数nA，nB, nc和逆变器输出的正序电压的幅值和相角vp，计算出所需注入的容错零序电压wf的幅值及相位；
[0041]步骤4:相内直流侧平衡控制及脉冲生成
[0042]步骤4.1:各相输出电压调制波M=,通过相内直流侧平衡控制模块得到各个单元的输出电压调制波uai，Ubi, Uci ;
[0043]步骤4.2:最终通过载波移相PWM (脉冲宽度调制)模块生成各个开关器件的脉冲信号。
[0044]假设以电网A相电压为参考；VP，&为逆变器输出的正序电压的幅值和相角'Nz,^是用于各相功率调节和直流侧电压平衡的零序电压的幅值和相角；IP为逆变器输出的正序电流的幅值；ηΑ，ηΒ，η。分别为各相的故障单元数量，从而将各相的非故障单元输出电压瞬时值uAi, uBi, uCi以及各相电流瞬时值iA, iB, i。表示为:
[0045][0046]
【权利要求】
1.一种双零序电压注入的链式并网逆变器容错控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤1:直流侧优化控制； 步骤1.1:利用各相的输出电压调制波4十算出经优化控制后的整体直流侧电压指令值； 步骤1.2:将总的直流侧电压均值Fifc与指令电压值wl进行比较后，经过比例积分调节器，得到指令有功电流值/ 步骤1.3:利用系统电压和电流中的正序分量经过abc/dq变换，即三相静止坐标变换为二相旋转坐标的变换得到的系统电压和电流的d、q轴分量ed，eq, id, i,，通过计算得到各相输出电压调制波; 步骤2:相间直流侧平衡控制； 步骤2.1:计算各相直流侧电压平均值?，分别与总的直流侧电压均值&进行比较后经过比例积分调节器，并乘以各相正常运行的单元数，得到各相需要调整的有功功率 ΛΡα，ΔΡβ, APc； 步骤2.2:各相需要调整的有功功率ΛΡα，ΔΡβ, APcAPa, ΔΡβ, ΛΡ。进行abc/α β变换，即三相静止坐标变换为两相静止坐标的变化得到α β坐标系下的有功调整量ΔΡα, APe ； 步骤2.3:利用ΛΡα，ΔΡ0以及逆变器输出正序电流的幅值，计算出所需注入的平衡零序电压it';的幅值、相位； 步骤3:容错控制 步骤3.1:通过检测得到发生单元故障时各相故障单元数nA，nB, nc以及逆变器输出的正序电压的幅值和相角Vp, Ψρ 步骤3.2:利用发生单元故障时各相故障单元数nA，nB, nc和逆变器输出的正序电压的幅值和相角VP，％计算出所需注入的容错零序电圧i/的幅值及相位； 步骤4:相内直流侧平衡控制及脉冲生成 步骤4.1:各相输出电压调制波过相内直流侧平衡控制模块得到各个单元的输出电压调制波uai，ubi, Uci ； 步骤4.2:最终通过载波移相脉冲宽度调制模块生成各个开关器件的脉冲信号。
【文档编号】H02M7/48GK103490654SQ201310479229
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】季振东, 赵剑锋, 朱泽安, 刘巍, 孙毅超, 姚晓君 申请人:东南大学