专利摘要
本发明公开了一种面向交直流混合系统中电力电子变压器的能量平衡控制方法，根据整流器的功率流动关系，列出在一定时间内的能量平衡关系，即电网输入能量＝电感能量变化+电容能量变化+整流器输出能量；并根据半个电网周期内电感能量不发生变化的特点，简化半个电网周期内的能量平衡关系为电网输入能量＝电容能量变化+整流器输出能量；根据最后得到的能量平衡关系以及电力电子变压器的相关参数得到电网侧电流的指令值，从而完成对整流器的控制。该控制方法能够改善包括启动、负载突变的动态响应，使得母线电压的超调大幅减小，同时响应时间也明显减少，有效提升了系统的动态性能。
权利要求
1.一种交直流混联系统中电力电子变压器能量平衡控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据电力电子变压器的拓扑、容量以及参数设计，提取整流器的输入、输出功率，整流器所包含储能元件、负载元件以及其相应数值；
步骤2：根据整流器的功率流动关系，列出半个电网周期的倍数的时间内的能量平衡关系，即电网输入能量＝电感能量变化+电容能量变化+整流器输出能量；
步骤3：根据半个电网周期内电感能量不发生变化的特点，简化半个电网周期内的能量平衡关系为电网输入能量＝电容能量变化+整流器输出能量，利用母线电压参考值U
步骤4：由所述步骤3中的能量平衡关系以及所述电力电子变压器的相关参数可以得到电网侧电流的指令值，将该指令值作为整流器的控制输入，完成整流器的控制；所述电网输入能量由电网输入功率与时间的乘积得到，所述整流器输出能量由负载功率与时间的乘积得到；利用母线电压参考值以及测量值计算电容能量变化；所述能量平衡控制方法的响应时间为0.05s。
说明书
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体地涉及一种交直流混联系统中电力电子变压器能量平衡控制方法。
背景技术
在如今新能源大量接入电网的背景下，大容量电力电子技术广泛应用于交直流混联系统，复杂的电力电子变压器具有核心地位，起到能量枢纽的作用。目前，对于电力电子变压器的控制，在选择参数上都需要大量的经验与调试，效率较低。并且传统的PI控制具有局限性，在动态性能上很难兼顾多项指标。
能量平衡控制是一种根据变换器中瞬态电磁能量分布、流动规律，使变换器以最快速度达到控制目标值所对应的能量稳态的控制策略，它具有单一控制量、响应速度快、无需调节PI参数的特点。
直流母线在电力电子变压器中起到重要作用，其动态性能的优劣是系统是否能够稳定运行的决定因素之一。因此希望有一种面向交直流混联系统中电力电子变压器的能量平衡控制策略，有效控制直流母线电压，实现优于传统PI控制的性能。
发明内容
本发明提出一种交直流混联系统中电力电子变压器能量平衡控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据电力电子变压器的拓扑、容量以及参数设计，提取整流器的输入、输出功率，整流器所包含储能元件、负载元件以及其相应数值；
步骤2：根据整流器的功率流动关系，列出半个电网周期的倍数的时间内的能量平衡关系，即电网输入能量＝电感能量变化+电容能量变化+整流器输出能量；
步骤3：根据半个电网周期内电感能量不发生变化的特点，简化半个电网周期内的能量平衡关系为电网输入能量＝电容能量变化+整流器输出能量；
步骤4：由所述步骤3中的能量平衡关系以及所述电力电子变压器的相关参数可以得到电网侧电流的指令值，将该指令值作为整流器的控制输入，完成整流器的控制。
进一步，电网输入能量由电网输入功率与时间的乘积得到，所述整流器输出能量由负载功率与时间的乘积得到。
本发明具有以下有点：
一是本发明提出的能量平衡控制方法能够有效控制电力电子变压器中整流器部分，不仅能够减小直流母线电压的超调，而且能够减小动态过程的时间。
二是本发明所提出的能量平衡控制方法不需要调节参数，控制方法直接通过能量平衡方程的解算得到。
附图说明
图1是整流器拓扑以及能量流动示意图；
图2是本发明的能量平衡控制方法的控制框图；
图3是应用本发明的能量平衡控制方法后得到的母线电压波形；
图4是应用传统的PI控制方法后得到的母线电压波形。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种交直流混联系统中的电力电子变压器能量平衡控制方法，通过以下步骤来实现：
步骤1：根据电力电子变压器的拓扑、容量以及参数设计，提取整流器的输入、输出功率。整流器所包含储能元件、负载元件以及相应数值大小；
如图1所示，整流器中包含一个电容元件和一个电感元件，则除了这两个元件的输入、输出的能量之外，需要考虑这两个元件在一段时间内的能量变化。
步骤2：根据整流器的功率流动关系，列出在一定时间内的能量平衡关系，即电网输入能量＝电感能量变化+电容能量变化+整流器输出能量。一般情况下一定时间是半个电网周期的倍数。
电网输入能量由输入功率与时间的乘积得到，整流器输出能量由负载功率与时间的乘积得到。
步骤3：由于在半个电网周期内，电感能量不发生变化，因此，半个电网周期内的能量平衡关系可以化简为，电网输入能量＝电容能量变化+整流器输出能量。
步骤4：由步骤3中的能量平衡关系以及电力电子变压器的相关参数可以得到电网侧电流的指令值，将该指令值作为整流器的控制输入，完成整流器的控制。
整体的控制框图如图2所示。其中U*为母线电压参考值，U、pout分别为母线电压测量值以及输出功率实时值，uac为网侧电压瞬时值；IL*为网侧电流有效值的指令值； 代表电网电流的实时相位；Ts代表采样频率。
利用母线电压参考值U*以及测量值U计算电容能量变化，利用电网侧的电压与电流有效值计算电网的输入能量。因此，利用步骤3中的能量平衡等式关系即可计算电网侧电流的指令值IL*，并实施整流器的控制。
应用传统PI控制于电力电子变压器中，直流母线电压的超调与响应时间互相制约，很难同时优化。应用本发明的能量平衡控制方法于电力电子变压器中，可以优化直流母线电压的动态性能，同时减小超调与响应时间。
下面我们通过一个具体的实施例进行说明本发明的控制方法的优越性。将本发明方法应用于常规整流器电路的仿真，输入为电网侧交流电，输出带负载电阻，在其他参数相同的情况下比较本发明中的能量平衡控制方法与传统PI控制方法。设定母线电压值为1500V，得到图3、4中的仿真结果。对比两图的结果可以得出结论，本发明提出的控制方法能够将响应时间从0.5s缩短至0.05s左右，并且几乎没有母线电压超调，相比PI控制减小了220V左右。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
交直流混联系统中电力电子变压器能量平衡控制方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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