面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法及系统与流程

本公开涉及电力系统运行控制技术领域，特别涉及一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法及系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

电流源型变流器(csc，currentsourceconverter)由于结构简单、短路阻流性好、具有天然的双向潮流能力，在中压电力驱动、高压直流输电、可再生能源并网、超导储能等大功率应用中被广泛采用。在这些应用中，csc的开关频率通常低于1khz，以减少大功率转换器的开关损耗。

本公开发明人发现，通常大功率pwmcsc的调制方法有两种，即空间矢量调制(svm，spacevectormodulation)和选择性消谐波(she，selectiveharmonicelimination)方法，以获得正弦波电流。然而，当开关频率很低特别是对于大功率变流器，将svm应用到csc中会产生谐波失真。此外，在大功率csc应用中，当svm采样/开关频率接近输出cl滤波器的固有谐振频率时，svm可能会对滤波器的并联谐振进行逆放大。由于优越的性能使得输出电流谐波减小，she被认为是高功率应用一个更好的选择。但标准she调制方法的动态响应较慢，为了解决这一局限性，提出了可以调节调制指数的旁通带注入方法，但仍是基于离线计算旁通带宽度和独立角位置。

另一方面，近年来csc并联运行受到越来越多的关注，这是由于对功率转换额定值的需求不断增长以及并联变流器的协调控制所提供的灵活性。为了避免单个变流器的过载问题，实现适当的直流轨道电流平衡是并联变流器的一项重要任务。在以往的研究中，直流电流平衡svm方法通常工作在几千赫。对于需要几百赫兹的低开关频率的高功率应用，具有用于直流电流平衡的在线调谐非固定开关模式的支持板机可能会引起非平凡的cl滤波器谐振，反过来，直流轨道电流波纹也被放大。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法及系统，实现了正向直流电流和负向直流电流的联合平衡控制，能够实现在低开关频率(通常在几百赫兹)下保持对交流线路电流质量的良好控制。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法。

一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法，包括以下步骤：

获取背对背电流源型变流器功率转换系统的运行参数数据；

根据获取的运行参数数据，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制。

本公开第二方面提供了一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡系统。

一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡系统，包括：

数据获取模块，被配置为：获取背对背电流源型变流器功率转换系统的运行参数数据；

平衡控制模块，被配置为：根据获取的运行参数数据，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制。

本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法中的步骤。

本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法中的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的方法、系统和介质，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制，能够实现在低开关频率(通常在几百赫兹)下保持对交流线路电流质量的良好控制，具有广阔的工程应用前景。

2、本公开所述的方法、系统和介质，可以在交流质量好的情况下同时实现电流源型变换器直流轨电流的合理平衡。

3、本公开所述的方法、系统和介质，能应用于使用大功率并联模块的高功率电流源转换系统，具有广阔的工程应用前景。

4、本公开所述的方法、系统和介质，在暂态和稳态下均可实现对直流平衡并保持电流质量。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的典型的背对背csc功率转换系统示意图。

图2为本公开实施例1提供的并联csr(currentsourcerectifie，电流源整流器)系统的示意图。

图3为本公开实施例1提供的准she模式的门槛电压与pwm电流模式示意图。

图4为本公开实施例1提供的一个csr的正轨直流终端电压。

图5为本公开实施例1提供的并联csr控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本公开实施例1提供了一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法，包括以下步骤：

获取背对背电流源型变流器功率转换系统的运行参数数据；

根据获取的运行参数数据，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制。

本实施例中，基于准选择性谐波消除调制的电流源型变换器直流电流平衡方法，每个csc都采用了一种改进的she调制方法，通过调节各变流器的参考电流角，实现直流正轨电流(正向电流)平衡；

这种方法可能会造成负的轨道电流(负向电流)不平衡，为了解决这个问题，本实施例通过捕捉负轨道电流的平衡误差，并注入一个狭窄的旁路带到传统的she开关模式。

在这类控制中，由于窄带对输出电流特性谐波分量的影响很小，因此仍然可以降低线电流谐波失真，通过对参考电流角和旁路带注入的协调调节，实现了正、负电流的良好平衡控制，具有广阔的工程应用前景。

具体的，典型的背对背csc功率转换系统如图1所示，由三相电网、负载、并联电流源整流器(csr)和逆变器(csi)组成，它们通过差分和共模直流扼流圈相互连接，两侧交流滤波电容中性点接地；对于这样的并联csc系统，逆变器和整流器具有相同的结构；此外，直流电流平衡也可以通过类似的方式在两边实现。

考虑延时角和旁路带宽改变输出电压大小时，电网电压与she脉冲的角度已经进行了预设，csr的每个开关的门控信号完全相同，仅有相位的差别。

本实施例中，采用传统的she模式的脉冲，需要满足的约束为：

1)波形必须是半波和四分之一波对称；

2)在π/6和5π/6位置的两侧，脉冲图案必须为反镜象；

3)每半个周期的中心π/3，不允许有pwm。

基于上述考虑，仅对并联csr进行了详细的描述。

一个并联csr系统的详细电路图如图2所示。对于每个csr桥，它有六个开关，s11,s16是第一个csr的开关；s21,s26是第二个csr的开关。

并联csr桥梁集成到网格在cl过滤器lf滤波电感和cf滤波电容，主电网相电压被描述为usa、usb、usc；在直流网络csr1连接到直流电抗l1和l2，csr2连接到直流电抗l3和l4；r1到r4是这些电抗内部的电阻；up_c1、un_c1、up_c2和un_c2代表两个csr的对地的直流端电压；直流端电压可以完全由开关状态决定。

例如，csr1的s11和s12接通，而忽略交流电抗lf的小电压降，则up_c1等于usa且un_c1与usc相同。ip_c1、in_c1、ip_c2和in_c2是直流连接电流，图2中的并联csr连接到负载r。

对于图3中的11脉冲的she波形，可以在任意脉冲的开始或结束注入旁路带。但是，由于这些小宽度的旁路带对she的谐波谱影响很小，每一个都能积极地影响直流端差动电压的分布，因此旁路带注入可以用于直流电流平衡。

本实施例将旁路带位置选择在第四个脉冲的开始位置为例，如图3所示。在这种情况下，通过在线方式调整旁路带的宽度来调节直流端差动电压。

获得单个csr直流端电压的过程如图4所示。首先，简化电路图4中的(a)所示，电网电压为usa、usb、usc；栅极电压和控制信号之间的延迟角为α，对于这个电路，如图4中的(b)，正轨直流端电压up由基本周期中的三部分组成，其中每个通过瞬时相电压乘以相应的相位门控信号。各相开关对直流端电压的贡献如图4中的(c)所示，此csr的平均正轨直流端电压up_ave为：

考虑到usa、usb、usc和g1、g3、g5完全相同但在理想情况下有120度相位移，故可以只使用a相开关信号简化为：

um为电网相电压峰值，um和角度(θ1,θ2…θ5)是预先确定的，因此up_ave的大小是根据延迟角α和旁路带宽度β0改变进行变化的。

然后，图2的双csr系统直流的四端电压可通过类似程序得到：

其中un_ave_c1、un_ave_c2、up_ave_c1、up_ave_c2分别为csr1和csr2的平均正负直流端电压；αc1和αc2分别为csr1和csr2的延迟角，β0_c1和β0_c2分别为csr1和csr2的旁路带的宽度。

系统有四个独立的控制变量αc1、αc2、β0_c1和β0_c2，其中每一个都直接影响可用于调节直流电流的直流终端电压。

由于系统还有四个直流轨道电流需要控制，因此可以对这四个自由变量进行动态调整，实现上下轨道直流电流的同时平衡。此外，在直流轨道电流平衡控制中，在限制旁路带宽的情况下，交流线电流仍然可以是高度正弦的。

控制系统如图5所示，图5的上半部分显示了系统的电源电路，其中两个相同额定功率的csr共享交流和直流轨道，三相电压为usa、usb和usc；ip_c1、in_c1、ip_c2和in_c2，均为直流轨道电流。

控制系统示于图5的下半部分。首先，三相电网电压角由锁相环(pll)获得，如θg；通过调节相应参考线电流的延迟角，调节正向直流轨电流ip_c1和ip_c2：

αc1＝(kp+ki/s)·(idc_pc1-0.5·idc_ref)(7)

αc2＝(kp+ki/s)·(idc_pc2-0.5·idc_ref)(8)

其中αc1和αc2分别是csr1和csr2相对于三相电网电压角θg的延迟角。应限制延迟角的范围，在一定限度内调节以确保变化的正负，以确保系统的适当稳定性。因此，在延迟角调节器的路径中增加了两个饱和块。kp和ki是pi控制器的比例增益和积分增益，idc_pc1和idc_pc2是在截止频率ωc下低通滤波器(lpf)后测得的正轨道直流电流：

idc_pc1＝ip_c1·ωc/(s+ωc)(9)

idc_pc2＝ip_c2·ωc/(s+ωc)(10)

由于上述延迟角控制只能平衡正轨直流电流，需要对负轨直流电流进行附加调节。

注入旁路带可用于控制负轨的差分电压，根据负直流轨电流差调节旁路带的停留时间，如下所示：

β0＝(kp_0+ki_0/s)·(idc_nc1-idc_nc2)(11)

式中，idc_nc1和idc_nc2是低通滤波后测量的系统负轨直流电流，kp_0和ki_0分别是旁路带宽控制的pi控制器的比例增益和积分增益，为了避免由旁路带引起过多的低阶输出电流谐波分量(例如在第5和第7阶)，在控制图中通过饱和块进一步调节β0。

本实施例为了提高并联csc直流电流的平衡性能，同时保持对交流线电流质量的良好控制，提出了一种基于准she调制的电流源型变换器直流电流平衡方法，通过对各个csc的独立延迟角控制实现正轨电流平衡，再通过在传统she模式中注入窄旁路带实现负轨电流平衡；通过详细的分析，验证了窄带旁路选通的注入不会对csc线路电流的谐波性能产生明显的影响；该方法在各种情况下都可以同时实现正、负直流轨电流平衡。

本实施例适用于在低开关频率下工作的csc，因此该调制方法能应用于使用大功率并联模块的高功率电流源转换系统，具有广阔的工程应用前景，本实施例可广泛运用于电力系统运行控制场合，具有广阔的工程应用前景。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡系统，包括：

数据获取模块，被配置为：获取背对背电流源型变流器功率转换系统的运行参数数据；

平衡控制模块，被配置为：根据获取的运行参数数据，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制。

所述系统的工作方法与实施例1提供的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法中的步骤，所述步骤为：

获取背对背电流源型变流器功率转换系统的运行参数数据；

根据获取的运行参数数据，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制。

详细步骤与实施例1提供的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法相同，这里不再赘述。

实施例4：

本公开实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法中的步骤，所述步骤为：

获取背对背电流源型变流器功率转换系统的运行参数数据；

根据获取的运行参数数据，对每个电流源型变流器设立独立延迟角进行正向电流平衡控制，在选择性消谐波控制模式中注入旁路带进行负向电流平衡控制。

详细步骤与实施例1提供的面向综合能源的电流源型变换器直流电流平衡方法相同，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。