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专利号: 2021109865219
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,包括:基于电力电子变压器原边和副边的电容储存的总能量参考值,得到电力电子变压器的三相整流器的有功功率参考值;所述电力电子变压器包括三相整流器和直流变换器;

对三相整流器的输入电流、输入电压和开关状态进行离散化,建立在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的预测计算公式;

以有功功率参考值、瞬时有功功率和瞬时无功功率的误差最小建立功率代价函数,取功率代价函数输出值最小时的三相整流器开关状态矢量,作为最优的开关状态矢量;

对变换器原边和副边的电容电压值进行离散化,建立电力电子变压器能量传输状态方程;

在变换器的采样时间内,对移相占空比的取值进行划分,根据能量传输状态方程,结合瞬时有功功率,分别计算变换器原边和副边的电容储存能量的预测值;

以变换器原边和副边的电容储存能量的预测值和参考值之间的差值建立能量代价函数,取能量代价函数输出值最小时的移相占空比,用于电力电子变压器的控制。

2.根据权利要求1所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,所述三相整流器为级联H桥,所述直流变换器为双有源桥,所述总能量参考值Eallref采用以下公式计算:

其中,CH表示原边的参考电容值,UHref表示原边的参考电容电压值,CL表示副边的参考电容值,ULref表示副边的参考电容电压值;

基于总能量参考值计算原边和副边电容储存的总能量Eall,采用以下公式计算:其中,Udc表示原边的电容电压值,Uo表示副边的电容电压值;

将总能量参考值Eallref和总能量Eall用于PI控制器,经过调节得到有功功率参考值和无功功率参考值。

3.根据权利要求2所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,所述并计算在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率,包括:采集三相电网电流isa、isb和isc,三相电网电压esa、esb和esc,三相电压ua、ub和uc,三相整流器三个桥臂的开关信号S1、S2和S3,三个桥臂的电阻Rsa、Rsb和Rsc,及三个桥臂的漏感Lsa、Lsb和Lsc,三相整流器交流侧电动势的回路方程为:对应的矢量方程为:

其中,三相整流器交流侧输出电压矢量uafe=Safeudc,udc表示高压直流侧母线电压;

采用以下公式计算输入电流矢量is、输入电压矢量es和开关状态矢量Safe:j(2π/3)

其中,a=e 表示矢量单位;

基于三相整流器交流侧电动势的回路方程对应的矢量方程,进行离散化,计算k+1时刻的输入电流矢量:

在正交坐标系下利用离散化的输入电流矢量和输入电压矢量,计算瞬时有功功率Pin和瞬时无功功率Qin,采用如下公式进行计算:其中,esα和esβ分别为静止坐标系下的两相输入电压,isα和isβ分别为静止坐标系下的两相输入电流。

4.根据权利要求3所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,所述功率代价函数,采用如下公式进行计算:*

其中,Pin表示有功功率参考值。

5.根据权利要求4所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,所述能量传输状态方程如下:

EH(k+1)=EHB(k)+EH(k)‑EDAB(k),EL(k+1)=EDAB(k)+EL(k)‑ELo(k),其中,EH(k)和EL(k)分别为在第k个采样周期内高压直流侧和低压直流侧母线电容存储的能量,EHB(k)为在第k个采样周期内输入高压直流侧的能量,EDAB(k)为在第k个采样周期内从高压直流侧向低压直流侧转移的能量,ELo(k)为在第k个采样周期内负载从低压直流侧吸收的能量。

6.根据权利要求5所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,变换器原边和副边的电容储存能量的预测值,采用以下公式计算:其中,Ts表示开关周期,L表示变换器的等效漏感,d(i)表示划分后的移相占空比子取值范围中的第i份,io表示低压直流侧电流。

7.根据权利要求6所述的电力电子变压器的两级直流母线协调控制方法,其特征在于,所述能量代价函数采用以下公式:

JDAB=|(EH(k+1)‑EL(k+1))‑(EHref‑ELref)|,其中,EHref表示原边的电容储存的能量,ELref表示副边的电容储存的能量。

8.一种电力电子变压器的两级直流母线协调控制装置,其特征在于,包括:参考值计算单元、瞬时功率计算单元、能量传输建立单元和协调控制单元,其中:所述参考值计算单元,用于基于电力电子变压器原边和副边的电容储存的总能量参考值,得到电力电子变压器的三相整流器的有功功率参考值;所述电力电子变压器包括三相整流器和直流变换器;

所述瞬时功率计算单元,用于对三相整流器的输入电流、输入电压和开关状态进行离散化,建立在两相静止坐标系下的瞬时有功功率和瞬时无功功率的预测计算公式;以有功功率参考值、瞬时有功功率和瞬时无功功率的误差最小建立功率代价函数,取功率代价函数输出值最小时的三相整流器开关状态矢量,作为最优的开关状态矢量;

所述能量传输建立单元,用于对变换器原边和副边的电容电压值进行离散化,建立电力电子变压器能量传输状态方程;

所述协调控制单元,用于在变换器的采样时间内,对移相占空比的取值进行划分,根据能量传输状态方程,结合瞬时有功功率,分别计算变换器原边和副边的电容储存能量的预测值;以变换器原边和副边的电容储存能量的预测值和参考值之间的差值建立能量代价函数,取能量代价函数输出值最小时的移相占空比,用于电力电子变压器的控制。