申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2020-05-28

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN111669041A

主分类号：H02M1/36(20070101)

分类号：H02M1/36(20070101);H02M1/34(20070101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.27#授权;2020.10.13#实质审查的生效;2020.09.15#公开

摘要：本发明涉及直流升压汇集系统技术领域，具体涉及一种大功率高升压比直流变流器缓启动控制方法。当主逆变器检测到自身直流侧电压达到允许启动的电压值，主逆变器从逆变器开始输出电压开环缓启动，然后主逆变器进入闭环运行状态，接着从逆变器1进入闭环缓启动状态，其他从逆变器按照从逆变器1的闭环缓启动方式依次顺序进行闭环缓启动。所有从逆变器闭环缓启动成功后，主逆变器再进行直流侧电压外环缓启动，缓启动结束。本发明能够抑制大功率高升压比直流变流器开机启动过程中出现的冲击电压和冲击电流，无需增加硬件电路，实现大功率高升压比直流变流器安全、可靠启动，同时提高了变流器的电磁兼容性，且控制简单，易于工程实现。

主权项：1.一种大功率高升压比直流变流器缓启动控制方法，其特征在于，所述的大功率高升压比直流变流器包括一个逆变器组、一个网侧三相电感、一个升压变压器、四个相同的三相二极管整流桥和两个相同的高压滤波电路；所述逆变器组由K+1个相同的逆变器组成，K为正整数，在每个逆变器中均包含了一个直流侧电容、一个逆变桥、一个桥臂侧三相电感、一个接触器和一个三相交流滤波电容，即逆变器组由K+1个相同的直流侧电容、K+1个相同的逆变桥、K+1个相同的桥臂侧三相电感、K+1个相同的三相交流滤波电容和K+1个相同的接触器组成；在每个逆变器中，逆变桥的输入端与直流侧电容并联，逆变桥的输出端与桥臂侧三相电感的一端串联，桥臂侧三相电感的另一端与接触器串联，三相交流滤波电容并联在桥臂侧三相电感和接触器的串联电路中；K+1直流侧电容相互并联，连接到光伏阵列输出侧正母线P与负母线N之间，K+1个接触器并联后与网侧三相电感串联，网侧三相电感的另一端与升压变压器的原边相连接，升压变压器的副边分别与四个三相二极管整流桥连接，四个三相二极管整流桥的后级经过两个高压滤波电路后并入直流电网；将K+1个逆变器中的一个设为主逆变器，主逆变器中的直流侧电容记为直流侧电容Cdc0，主逆变器中的三相交流滤波电容记为滤波电容C0，主逆变器中的接触器记为接触器S0；其他K个逆变器设为从逆变器，将K个从逆变器中的任一个从逆变器记为从逆变器i，i＝1,2...K，从逆变器i中的直流侧电容记为直流侧电容Cdci，从逆变器i中的三相交流滤波电容记为滤波电容Ci，从逆变器中的接触器记为接触器Si；所述大功率高升压比直流变流器缓启动控制方法包括以下步骤：步骤1，实时采样以及坐标变换对以下参数进行实时采样：主逆变器直流侧电容Cdc0上的电压并记为主逆变器直流侧电压Udc，升压变压器原边侧交流电压ua,ub,uc，主逆变器桥臂侧三相电感电流iLa，iLb，iLc，从逆变器i桥臂侧三相电感电流iLai，iLbi，iLci，从逆变器i桥臂侧三相电感之后、接触器之前的电压并记为从逆变器i桥臂侧LC滤波后电压usai,usbi,usci；对升压变压器原边侧交流电压ua,ub,uc，主逆变器桥臂侧三相电感电流iLa，iLb，iLc、从逆变器i桥臂侧三相电感电流iLai，iLbi，iLci和从逆变器i桥臂侧LC滤波后电压usai,usbi,usci分别进行旋转坐标变换，得到升压变压器原边侧交流电压的dq分量Ud,Uq，主逆变器桥臂侧三相电感电流的dq分量Id,Iq、从逆变器i桥臂侧三相电感电流的dq分量Idi,Iqi和从逆变器i桥臂侧LC滤波后电压的dq分量Usdi,Uqdi；步骤2，主逆变器从逆变器输出电压开环缓启动令大功率高升压比直流变流器缓启动之前，主逆变器从逆变器的接触器均为断开状态，然后主逆变器检测主逆变器直流侧电压Udc是否达到开环运行设定电压值Udc'，如果没有达到开环运行设定电压值Udc'，保持原状态并继续进行检测；如果达到开环运行设定电压值Udc'，主逆变器的接触器S0闭合，K个从逆变器的接触器Si继续保持断开，主逆变器从逆变器开始输出电压开环缓启动；设定采样周期为T，以M个采样周期T为时间间隔进行输出电压开环缓启动控制，具体的，将接触器S0闭合时的时刻记为输出电压开环缓启动初始时刻t1，将经过M×T时间间隔后到达的时刻记为输出电压开环缓启动结束时刻t2，即t2-t1＝M×T，M为正整数；设t*1是时间段t1～t2中的任意时刻，主逆变器从逆变器输出电压开环缓启动给定值Ufeed_f的计算式为：在时间段t1～t2内，当时间超过时刻t2，Ufeed_f＝Uo_ref；其中，U0_ref为给定的输出电压开环缓启动最终值；步骤3，主逆变器闭环运行在时间段t1～t2内，主逆变器从逆变器根据开环缓启动控制指令使逆变器组缓慢建立三相交流电压，当时间超过时刻t2，主逆变器的直流侧电压外环和交流电流内环开始工作，主逆变器开始进入闭环运行；设置主逆变器直流侧电压的闭环运行给定值为Udc*，通过主逆变器的直流侧电压外环控制方程和主逆变器的交流电流内环控制方程求得主逆变器的交流电流内环d轴给定值Id*、主逆变器输出电压控制信号d轴分量uabc_d和主逆变器输出电压控制信号q轴分量uabc_q；主逆变器的直流侧电压外环控制方程为： 其中，Kp_dc是主逆变器直流侧电压外环的比例系数，Ks_dc是主逆变器直流侧电压外环的积分系数，s是拉普拉斯算子；主逆变器的交流电流内环控制方程为： 其中，Kp_ac是主逆变器交流电流内环的比例系数，Ks_ac是主逆变器交流电流内环的积分系数，Iq*是设置的主逆变器交流电流内环q轴给定值；主逆变器输出电压控制信号d轴分量uabc_d和主逆变器输出电压控制信号q轴分量uabc_q，通过反坐标变换得到主逆变器输出电压控制指令ua*,ub*,uc*，主逆变器输出电压控制指令ua*,ub*,uc*控制主逆变器的交流电压达到设定的交流电压额定值，主逆变器闭环运行完成；步骤4，K个从逆变器依次进行闭环缓启动主逆变器闭环运行完成后，主逆变器将依次发送闭环缓启动指令给K个从逆变器，控制K个从逆变器依次进行闭环缓启动，具体的，主逆变器闭环运行完成后，主逆变器发送闭环缓启动指令给从逆变器1，控制从逆变器1进行闭环缓启动，从逆变器1闭环缓启动完成后，主逆变器再发送闭环缓启动指令给从逆变器2，控制从逆变器2进行闭环缓启动，依次类推，直到K个从逆变器全部完成闭环缓启动；其中，任一个从逆变器即从逆变器i的闭环缓启动过程如下：步骤4.1，从逆变器i检测自身的桥臂侧LC滤波后电压usai,usbi,usci的相位、幅值与升压变压器原边侧交流电压ua,ub,uc的相位、幅值是否完全一致，如果没有完全一致，则保持原状态并继续检测；如果完全一致，从逆变器i的接触器Si闭合，从逆变器i开始闭环缓启动；步骤4.2，以N个采样周期T为时间间隔进行从逆变器i闭环缓启动控制，具体的，将接触器Si闭合的时刻记为从逆变器i闭环缓启动开始时刻ti1，将经过N×T时间间隔后到达的时刻记为从逆变器i闭环缓启动结束时刻ti2，即ti2-ti1＝N×T，N为正整数；设t*i1是时间段ti1～ti2中的任意时刻，从逆变器i闭环缓启动有功给定值Pi*和从逆变器i闭环缓启动无功给定值Qi*的计算式为：在时间段ti1～ti2内，当时间超过时刻ti2，Pi*＝P*Qi*＝Q*其中，PN*为主逆变器有功率指令值P*从输出电压开环缓启动结束时刻t2开始，经过10个采样周期得到的平均值，QN*为主逆变器无功率指令值Q*从输出电压开环缓启动结束时刻t2开始，经过10个采样周期得到的平均值，主逆变器有功功率指令值P*和主逆变器无功功率指令值Q*的计算式分别如下： 步骤4.3，通过从逆变器i功率环控制方程求得从逆变器i的有功功率Pi、从逆变器i的无功功率Qi、从逆变器i交流电流内环d轴的给定值Idi*和从逆变器i交流电流内环q轴的给定值Iqi*；从逆变器i功率环控制方程为： Idi*＝Kp_pi+Ks_pisPi*-PiIqi*＝Kp_pi+Ks_pisQi*-Qi其中，Kp_pi是从逆变器i功率外环的比例系数，Ks_pi是从逆变器i功率外环的积分系数；步骤4.4，通过从逆变器i的交流电流内环控制方程求得从逆变器i输出电压控制信号d轴分量uabc_di、从逆变器i输出电压控制信号q轴分量uabc_qi；从逆变器i的交流电流内环控制方程为： 其中，Kp_aci是从逆变器i的交流电流内环的比例系数，Ks_aci是从逆变器i的交流电流内环的积分系数；从逆变器i输出电压控制信号d轴分量uabc_di和从逆变器i输出电压控制信号q轴分量uabc_qi，通过反坐标变换得到从逆变器i的输出电压控制指令uai*,ubi*,uci*，从逆变器i的输出电压控制指令uai*,ubi*,uci*控制从逆变器i的交流电压达到设定的交流电压额定值，从逆变器i闭环缓启动完成并将完成信号发送给主逆变器；步骤5，主逆变器直流侧电压外环缓启动主逆变器收到最后一台从逆变器完成闭环缓启动的信号后，开始进行主逆变器直流侧电压外环缓启动，具体的，修改主逆变器直流侧电压的闭环运行给定值Udc*为主逆变器直流侧电压外环缓启动给定值Udc**，使得逆变器组工作在最大功率点处；主逆变器直流侧电压外环缓启动的实现方法如下：以Z个采样周期T为时间间隔进行主逆变器直流侧电压外环缓启动控制，具体的，将主逆变器收到最后一台从逆变器完成闭环缓启动信号的时刻记为主逆变器直流侧电压外环缓启动开始时刻t3，将经过Z×T时间间隔后到达的时刻记为主逆变器直流侧电压外环缓启动结束时刻t4，即t4-t3＝Z×T，Z为正整数；设t3*是时间段t3～t4中的任意时刻，主逆变器直流侧电压外环缓启动给定值Udc**计算式如下：在时间段t3～t4内，当时间超过时刻t4，Udc**＝Udc_max其中，Udc_max为最大功率点对应的主逆变器直流侧电压值；至此，整个大功率高升压比直流变流器缓启动结束。

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