针对电机负载的逆变器并联零序电流抑制方法
【专利摘要】一种针对电机负载的逆变器并联零序电流抑制方法，基于零序电流产生机理并采用开环前馈实现。首先进入零序参数识别模式，根据零序电流特征识别出需要补偿的零度电压相对负载电压的角度差θuo2b和零序电流有效值与负载电流有效值比例kio2b，并将参数θuo2b、kio2b保存到ROM中。变流器每次运行时首先从ROM中读取零序参数θuo2b、kio2b，然后根据负载电压角度θu、θuo2b得到零序补偿电压角度θuo，根据负载电流有效值、kio2b和串联电抗得到零序补偿电压幅值，最后将零序补偿电压叠加到变流器常规控制策略输出的三相控制电压中，实现对零序电流的有效抑制。
【专利说明】针对电机负载的逆变器并联零序电流抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种针对电机负载的逆变器并联零序电流抑制方法。
【背景技术】
[0002]风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在众多的风力发电方案中，全功率风电机组采用永磁或电励磁同步发电机作为电能转化装置，在发电机与电网之间通过全功率变流器(简称变流器)柔性连接，具有很好的电网适应性，且转速范围更宽，有利于利用低风速段的风能，越来越受到国内外风机厂商的青睐。
[0003]受IGBT等电力电子器件的电压和电流限制，变流器内部往往采用多组三相逆变器并联实现，其中最常见的是两组逆变器并联。发电机定子一般采用两套绕组接线方式，为了方便走线，相当一部分整机设计时在定子出线端将两套绕组三相对应短接，经三相汇流排弓I到塔基形成定子交流母线，变流器机侧两组逆变器经各自串联电感后并联接至定子交流母线，如图1所示。
[0004]变流器串联电感用于降低发电机定子的du/dt，一般电感值选型很小，而变流器到定子交流母线之间的线路存在杂散电感，各相杂散电感的分散参数存在差异，且差异与变流器串联电感相比不能忽略，导致两组逆变器之间存在零序电流(也称环流，对于2MW变流器，环流峰值能达到300A以上)。零序电流的存在不仅增加损耗，更重要的是降低系统的稳定性。
[0005]当变流器的两组逆变器经串联电感连接到负载时，常规零序电流控制策略为:检测零序电流，然后采用闭环控制将零序电流抑制到合理范围。不过常规零序电流控制策略是有适用范围的，它的适用范围是负载电感值远小于变流器串联电感值。当变流器输出连接电机负载时，变流器输出串联电感值远小于电机电枢(负载)的电感值，常规零序控制策略不再适用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种针对电机负载的两逆变器并联组成变流器的零序电流抑制方法，本发明抑制方法基于零序电流产生机理并采用开环前馈实现，可明显降低逆变器的零序电流。
[0007]对于电感电路，定义电感值为L，电感两端的电压为U，流过电感的电流为i，则电感两端电压与电流的关系为u = jcoLi。其中j为虚数负号，ω为正弦波角频率。对于零序电压电流，同样满足u = j ?Li方程，这就是本发明的原理:根据检测到的零序电流，识别零序参数，根据零序参数和当前电流计算需要的零序补偿电压，将计算的零序补偿电压前馈到变流器常规控制策略输出的三相电压中，实现对零序电流的有效抑制。
[0008]本发明所述的零序电流抑制方法基于零序电流产生机理并采用开环前馈实现；首先在零序参数识别模式下识别出需要补偿的零度电压与负载电压的角度差Θ uo2b,以及零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，并将零度电压与负载电压的角度差0m2b和零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b保存到ROM中；变流器正常运行时，从ROM中调取零度电压与负载电压的角度差Θ U()2b和零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，根据实际电流有效值itas、零度电压与负载电压的角度差Qut52b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b计算需要补偿的零序电压，将计算的零序补偿电压前馈到变流器常规控制策略输出的三相电压中，实现对零序电流的有效抑制。
[0009]具体步骤如下:
[0010]步骤1:启动变流器，变流器控制系统采样电机负载三相电压Uab。、第一逆变器的三相电流ilab。和第二逆变器的三相电流i2ab。；采用常规控制策略对变流器进行控制，并输出电机负载的电压角度Θ ub ;同时，根据第一逆变器三相电流ilab。和第二逆变器三相电流i2abc计算负载电流有效值itomS ；
[0011]步骤2:如果变流器是首次运行或零序电流超出阈值，需要重新校正参数，手动控制变流器，进入“零序参数识别”模式，在该模式下禁用零序电流抑制方法；
[0012]步骤3:在“零序参数识别模式”下，根据第一逆变器的三相电流ilab。计算零序电流有效值1.;根据第一逆变器的三相电流ilab。计算零序电流角度Θ i(l，零序电流角度Θ i0减去电机负载的电压角度Qub，得到电流角度差值θ_，电流角度差值Qitj2b加上90度，得到零序电压角度与负载电压角度差值Θ —;步骤3计算得到的零序电流有效值items除以步骤I计算得到的负载电流有效值ib?s，得到零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b ；
[0013]步骤4:零序电流参数识别完成后，将零序参数:零序电压角度与负载电压角度差值θ m2b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b存储到ROM中，之后退出零序参数识别模式，变流器进入正常运行模式；
[0014]步骤5:变流器每次起动前从ROM中读取零序参数:零序电压角度与负载电压角度差值θ U()2b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b ;在所述变流器正常运行模式下，电机负载的电压角度Qub加上零序电压角度与负载电压角度的差值Qim2b，得到需要补偿的零序电压角度Θ u0 ;负载电流有效值ib-乘以零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，再乘以串联电抗值，得到需要补偿的零序电压有效值Utoms，所述的串联电抗值为串联电感L乘以角频率ω ;根据零序电压有效值!!^^和零序电压角度Qutl得到需要补偿的零序电压分量
U0:
[0015]U0 =Auihm'cos(0"J.’
[0016]变流器常规控制策略输出的三相控制电压减去需要补偿的零序电压分量Utl，便可以实现对零序电流的有效抑制。
[0017]本发明的优点是:属于开环控制，不存在稳定性问题，很好适用于变流器输出串联电感值选型偏小的场合，尤其适用于匹配电机负载。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0018]图1全功率风电机组电气拓扑图；
[0019]图2两逆变器并联组成变流器连接负载电气拓扑图；
[0020]图3本发明零序电流抑制策略框图。【具体实施方式】:
[0021 ] 以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0022]第一逆变器和第二逆变器并联组成的变流器连接负载拓扑如图2所示。第一逆变器的功率单元和第二逆变器的功率单元的输出端经各自串联电感后并联在一起，连接电机负载。变流器控制系统采集第一逆变器的三相电流01，记为ilab。，第二逆变器的三相电流02，记为i2ab。，采集负载三相电压03，记为uab。。变流器控制系统的控制对象为第一逆变器的功率单元04和第二逆变器的功率单元05。
[0023]本发明零序电流抑制方法如图3所示:
[0024]步骤1:启动变流器，变流器控制系统采样负载的三相电压Uab。、第一逆变器的三相电流ilab。和第二逆变器的三相电流i2ab。；负载的三相电压uab。经3s2s坐标变换后得到α β坐标系下两相电压Uae，如图3中的10;第一逆变器的三相电流ilab。经3s2s坐标变换后得到α β坐标系下两相电流ilae，如图3中11;第二逆变器的三相电流i2ab。经3s2s坐标变换后得到α β坐标系下两相电流i2ae，如图3中12;α β坐标系下两相电压Uafi和α β坐标系下两相电流ila 0经锁相环PLLl后得到dq坐标系下两相电压udq、负载电压角频率ω和负载电压角度Qu，如图3中13;第一逆变器在α β坐标系下的两相电流I1 a e经基于Θ u的2s2r坐标变换后得到dq坐标系下两相电流ildq，如图3中14 ;第二逆变器在α β坐标系下的两相电流i2a 0经基于Θ u的2s2r坐标变换后得到dq坐标系下两相电流i2dq，如图3中15 ；dq坐标系下第一逆变器的电流ildq与第二逆变器的电流i2dq相加得到变流器反馈电流id(1，如图3中16 ;dq坐标系下给定电流idqraf减去变流器反馈电流id(1，所得的结果经PI控制器闭环调节，加上负载电压前馈，再经PWM模块驱动第一逆变器I的功率单元04和第二逆变器2的功率单元05，如图3中20、21、22、23、24、25、26。图3中10?16、20?26称为变流器常规控制策略。同时，根据第一逆变器的三相电流ilab。与第二逆变器三相电流i2ab。计算得到负载电流有效值ib,ms，如图3中30 ;
[0025]步骤2:如果变流器是首次运行或零序电流超出阈值，需要重新校正参数，手动控制变流器进入如图3中的“零序参数识别”模式，在该模式下禁用零序电流抑制方法；
[0026]步骤3:在零序参数识别模式下，根据第一逆变器的三相电流ilab。计算零序电流有效值iQ?s，如图3中31 ;根据第一逆变器的三相电流ilab。经锁相环PLL2计算零序电流角度Qitl，如图3中32;零序电流角度Qitl减去负载电压角度Qub得到电流角度差值Qitj2b，如图3中33;电流角度差值0i()2b加上90度，得到零序电压角度与负载电压角度差值0m2b，如图3中34。零序电流有效值items除以负载电流有效值itas得到零序电流有效值与负载电流有效值比例k12b，如图3中35 ;
[0027]步骤4:零序电流参数识别完成后，将零序参数:零序电压角度与负载电压角度差值θ U()2b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b存储到ROM中，如图3中36、37，之后退出零序参数识别模式，变流器进入正常运行模式；
[0028]步骤5:变流器每次起动前从ROM中读取零序参数:零序电压角度与负载电压角度差值θ U()2b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，如图3中40、41 ;在变流器正常运行模式下，负载电压角度ΘΛ加上零序电压角度与负载电压角度的差值Oiw2b得到需要补偿的零序电压角度Θ u(l，如图3中42 ;负载电流有效值itas乘以零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，再乘以串联电抗值，得到需要补偿的零序电压有效值Utoms,如图3中44，所述串联电抗值为串联电感L乘以角频率ω ;根据需要补偿的零序电压有效值Utems和零序电压角度Qutl，得到需要补偿的零序电压分量U(1:
[0029]U0 = 42 * u,ras * Cosfen),
[0030]如图3 中 43、45;
[0031]变流器常规控制策略输出的三相控制电压减去需要补偿的零序电压分量Utl，如图3中46，便可以实现对零序电流的有效抑制。
【权利要求】
1.一种针对电机负载的逆变器并联零序电流抑制方法，其特征在于所述的抑制方法基于零序电流产生机理并采用开环前馈实现；首先在零序参数识别模式下识别出需要补偿的零度电压与负载电压的角度差Θ uo2b,以及零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，并将零度电压与负载电压的角度差Θ uo2b和零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b保存到ROM中；变流器正常运行时，从ROM中调取零度电压与负载电压的角度差0 U02b和零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，根据实际电流有效值itas、零度电压与负载电压的角度差Θ U()2b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b计算需要补偿的零序电压，将计算的零序补偿电压前馈到变流器常规控制策略输出的三相电压中，实现对零序电流的有效抑制。
2.根据权利要求1所述的针对电机负载的逆变器并联零序电流抑制方法，其特征在于所述抑制方法包括以下步骤: (1)启动变流器，变流器控制系统采样电机负载的三相电压Uab。、第一逆变器的三相电流ilab。、和第二逆变器的三相电流i2ab。；采用常规控制策略对变流器进行控制，并输出电机负载的电压角度ΘΛ ;同时，根据第一逆变器的三相电流ilab。和第二逆变器的三相电流i2abc计算负载电流有效值itoms ; (2)如果变流器是首次运行或零序电流超出阈值，需要重新校正零序电压与负载电压的角度差Θ uo2b和零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，手动控制变流器进入“零序参数识别”模式，在该模式下禁用零序电流抑制方法； (3)在零序参数识别模式下，根据第一逆变器的三相电流ilab。计算零序电流有效值iQMls;根据第一逆变器的三相电流ilab。经锁相环计算零序电流角度Gitl，零序电流角度0iQ减去电机负载的电压角度Qub，得到电流角度差值Qitj2b，将电流角度差值0i()2b加上90度，得到需要补偿的零序电压角度与负载电压角度差值Qim2b ;步骤(3)计算得到的零序电流有效值Itois除以步骤(I)计算得到的负载电流有效值ibMS，得到零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b ； (4)零序电流参数识别完成后，将零序电压角度与负载电压角度差值0m2b、零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b存储到ROM中，之后退出零序参数识别模式，变流器进入正常运行模式； (5)变流器每次起动前从ROM中读取零序电压角度与负载电压角度差值Θuo2b和零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b ;在变流器正常运行模式下,负载电压角度Θ ub加上零序电压角度与负载电压角度的差值911。2)3得到需要补偿的零序电压角度Quci;负载电流有效值、《乘以零序电流有效值与负载电流有效值比例ki()2b，再乘以串联电抗值，得到需要补偿的零序电压有效值Ucimis ;根据零序电压有效值Utens和零序电压角度Θ u0得到零序电压分量％ =七〃COSpiJ;变流器常规控制策略输出的三相控制电压减去需要补偿的零序电压分量Utl,实现对零序电流的有效抑制。
【文档编号】H02M7/48GK104135175SQ201410396999
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】吕佃顺, 林资旭, 李海东, 王贵鹏, 付玲玲, 董志然, 马强, 鄂春良, 武鑫, 赵栋利, 赵斌, 许洪华 申请人:北京科诺伟业科技股份有限公司, 保定科诺伟业控制设备有限公司