基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统及方法

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域，具体涉及基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统及方法。

背景技术

经济与社会的发展，促使人类对能源的需求不断增长，新能源的开发与广泛使用已成为电网能源发展的热点。新能源发电采用的变流器由于为全功率变流器，输出电流THD应为5％以下，滤波电感设计值较大。对于传统并网变流器，仅能输出额定容量的有功功率，其因死区效应等产生的低频谐波无法通过自身控制进行谐波补偿，因此通常在变流器交流耦合点并入相应的谐波补偿装置。另加谐波补偿装置增加了并网变流器系统的成本。由此需要一种并网变流器能够同时实现有功无功输出与谐波补偿功能。

公布号为CN 112803457 A的发明专利公开一种风电变流器储能系统及其控制方法，通过将储能系统的直流变换侧与风电变流器的直流母线并联连接，储能系统的交流侧接入风电变流器的并网点，实现了风电变流器与储能系统的双接点融合，显著提高了风电变流器与储能系统的融合度，提升储能系统参与机组调节的能力；并且可以通过其控制单元实现对储能系统的运行状态的控制，即控制储能系统处于交流侧耦合状态和直流侧耦合状态中的至少一种，以便实现不同功能和控制目标的切换，进而使该风电变流器储能系统具备冗余可靠性。

公布号CN 101931241 A的发明专利公布一种风电场并网协调控制方法，属于风电场并网控制技术领域；风电场的协调控制就是单机设备信息的采集、风电场对采集信息的分析和电网调度对信息的应用；该发明根据风机、风场和电网三级联合协调的框架，完整的实现了各级各环节的功能和相互协调关系，从而使风电场整体对于电网呈现出传统发电厂的运行和调控特性，减少其对于电网的冲击和影响，甚至为电网的调频、调压等提供必要的支持；本发明站在全局和宏观的角度，通过现代通信和分析计算技术能力的支持，利用横向整体和纵向整体的联合协调和相互支持，消除或降低风机个体的缺陷和负面影响，从而使风电场整体呈现出对于电网的友好特性，提高其并网运行小时数，大大提高经济效益。

现有技术中，并网变流器通过优化控制策略可以实现功率输出，同时能够输出部分谐波次数的谐波电流；但由于输出滤波电感的大小限制，变流器若输出较大谐波次数的谐波电流，必然需要逆变更大的谐波电压，容易导致调制器超调引起其他谐波次数的产生；降低滤波电感会增大电流纹波幅值，增大电流THD。由此需要提出一种能够在低滤波电感下同时输出有功电流与谐波电流的协调控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统及方法，该方法通过采用变开关频率切换控制实现变流器在低滤波电感下同时输出功率与谐波的能力，解决现有技术中的问题。

本发明的技术方案是：

基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统，适用于对新能源发电采用的变流器的控制，包括功率输出模块、谐波补偿模块、反派克变换及逻辑切换模块；

采集的变流器的三项电流i和三相电压u经派克变换模块处理后同时输入到功率输出模块和谐波补偿模块；经过功率输出模块处理得到变流器输出电流d轴分量参考值i

具体的，所述的谐波补偿模块包括多个谐波电流控制器。

具体的，所述的功率输出模块包括直压控制模块和电流控制模块，所述直压控制模块将采样后的变流器直流侧电压u

具体的，所述逻辑切换模块包括切换模块、单独输出低频模块及混合输出高频模块。

具体的，使用如上所述的基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1.采集变流器的三项电流i和三相电压u；

S2.将采集的变流器的三项电流i和三相电压u经派克变换模块处理后同时输入到功率输出模块和谐波补偿模块；

S3.通过功率输出模块的直压控制与电流控制得到变流器输出电压q轴分量参考值u

S4.通过谐波补偿模块处理得到变流器输出k次谐波电压q轴分量参考值u

S5.输出的变流器输出电流d轴分量参考值i

S6.所述逻辑切换模块将控制逻辑设定为输出功率大于最小输出功率P

具体的，上述所述的步骤S3中电压控制与电流控制，包括以下步骤：

A、所述的电压控制是将采样后的变流器直流侧电压u

B、将上述步骤得到的两电压的差值取负值后输入第一比例积分控制器，得到变流器输出电流的d轴分量参考值i

C、所述电流控制是将采样后的变流器输出电流经过派克变换模块得到的输出电流d轴分量i

D、将上述步骤得到的两电流的差值的负值输入第二比例积分控制器，比例积分控制器的输出值再与输出电压d轴分量u

E、变流器输出电流i经过派克变换模块得到的输出电流q轴分量i

具体的，上述步骤中所述的谐波补偿模块的处理包括以下步骤：

A)采样后的变流器输出电流经过k次相位的派克变换模块得到第k次谐波电流的d轴和q轴分量；

B)将第k次谐波电流的d轴、q轴分量经滤波得到的k次谐波电流d轴分量i

C)变流器输出电流经过k次相位下的派克变换模块与滤波处理得到的k次谐波电流得到的输出电流q轴分量i

具体的，所述的逻辑切换模块的处理包括如下步骤：

a.将所述切换模块的控制逻辑设定为输出功率大于最小输出功率P

b.所述单独输出低频模块将功率输出部分输出的变流器输出电压dq轴分量参考值u

c.将反派克变换输出电压u

d.所述单独输出高频模块为功率输出部分与低频调制器部分，控制逻辑为将功率输出部分输出的变流器输出电压dq轴分量参考值u

e.变流器输出k次电压dq轴分量参考值u

具体的，所述切换模块中最小输出功率P

所述切换模块中最小输出功率P

本发明的有益效果是：其控制系统包括功率输出部分、谐波补偿部分与逻辑切换部分；功率输出部分采用低开关频率的电压控制与电流控制，谐波补偿部分采用高开关频率的多谐波电流控制环，切换部分根据变流器输出功率大小具有单独输出与混合输出模式；通过在混合输出模式可以实现变流器同时进行功率输出以及谐波补偿，实现变流器的电能治理与功率输出相结合的特点，达到变流器多功能的效果能够适应滤波器参数较小的变流器系统，在一定输送功率下实现谐波补偿。

附图说明

图1为本发明提供的控制系统结构框图。

图2为本发明提供的功率输出模块原理结构示意图；

图3为本发明提供的谐波输出模块原理结构示意图；

图4为本发明逻辑切换模块原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的描述。

实施例1

如图1所示为本发明提供的控制系统结构框图，基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统，适用于对新能源发电采用的变流器的控制，包括功率输出模块、谐波补偿模块、反派克变换及逻辑切换模块；

采集的变流器的三项电流i和三相电压u经派克变换模块处理后同时输入到功率输出模块和谐波补偿模块；经过功率输出模块处理得到变流器输出电流d轴分量参考值i

其中，所述的谐波补偿模块包括多个谐波电流控制器。

所述的功率输出模块包括直压控制模块和电流控制模块，所述直压控制模块将采样后的变流器直流侧电压u

所述逻辑切换模块包括切换模块、单独输出低频模块及混合输出高频模块。

实施例2

本实施例提供所述的基于变开关频率的功率与谐波输出协调控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1.采集变流器的三项电流i和三相电压u；

S2.将采集的变流器的三项电流i和三相电压u经派克变换模块处理后同时输入到功率输出模块和谐波补偿模块；

S3.通过功率输出模块的直压控制与电流控制得到变流器输出电压q轴分量参考值u

S4.通过谐波补偿模块处理得到变流器输出k次谐波电压q轴分量参考值u

S5.输出的变流器输出电流d轴分量参考值i

S6.所述逻辑切换模块将控制逻辑设定为输出功率大于最小输出功率P

实施例3

本实施例提供所述功率输出模块的控制，如图2所示为其原理结构示意图，其包括电压控制与电流控制，包括以下步骤：

A、所述电压控制是将采样后的变流器直流侧电压u

B、将上述步骤两电压的差值取负值后输入第一比例积分控制器，得到变流器输出电流的d轴分量参考值i

C、所述电流控制的控制为将采样后的变流器输出电流经过派克变换模块得到的输出电流d轴分量i

D、将上述步骤得到的两电流的差值的负值输入第二比例积分控制器，比例积分控制器的输出值再与输出电压d轴分量u

E、变流器输出电流i经过派克变换模块得到的输出电流q轴分量i

实施例4

本实施例提供所述谐波补偿模块的控制处理，其原理示意图如图3所示，所述谐波补偿模块包括多个谐波电流控制器，包括以下步骤：

A)采样后的变流器输出电流经过k次相位的派克变换模块得到第k次谐波电流的d轴和q轴分量；

B)、将第k次谐波电流的dq轴分量输入滤波模块得到的k次谐波电流d轴分量i

C)、变流器输出电流经过k次相位下的派克变换模块与滤波模块得到的k次谐波电流得到的输出电流q轴分量i

实施例5

本实施例提供逻辑切换模块的控制处理，所述逻辑切换模块包括切换模块、单独输出低频模块与混合输出高频模块；处理包括如下步骤：

a.将所述切换模块的控制逻辑设定为输出功率大于最小输出功率P

P＝u

b.所述单独输出低频模块将功率输出部分输出的变流器输出电压dq轴分量参考值u

c.将反派克变换输出电压u

d.所述单独输出高频模块为功率输出部分与低频调制器部分，控制逻辑为将功率输出部分输出的变流器输出电压dq轴分量参考值u

e.变流器输出k次电压dq轴分量参考值u

所述切换模块中最小输出功率P

所述切换模块中最小输出功率P