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专利号: 201810822712X
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高电压穿越装置,用于对九开关变流模块(2)进行调制,其特征在于,包括:第一坐标变换单元(4)、第二坐标变换单元(5)、第三坐标变换单元(6)、第四坐标变换单元(7)、第五坐标变换单元(8)、第六坐标变换单元(9)、锁相环单元(10)、调制时间计算单元(11)、调制单元(12)和PI环节(13);

三相电网电压Uga、Ugb、Ugc经第一坐标变换单元(4)进行abc/dq变换后得到网侧变流器输出电压d、q轴分量Ugd、Ugq,并经锁相环单元(10)得到电网相角值θ1;网侧变流器三相输出电流ila、ilb、ilc经第二坐标变换单元(5)进行abc/dq变换后得到三相输出电流d、q轴分量ild、ilq;三相输出电流d、q轴分量ild、ilq作为网侧电流内环的反馈值与网侧三相输出电流d、q轴指令值ild*、ilq*经PI环节(13)得到网侧变流器d、q轴输出电压;网侧变流器d、q轴输出电压经第五坐标变换单元(8)进行dq/abc变换后得到网侧变流器三相输出电压;

三相定子电压Usa、Usb、Usc经第三坐标变换单元(6)进行abc/dq变换后得到机侧变流器输出电压d、q轴分量Usd、Usq;三相定子电流isa、isb、isc经第四坐标变换单元(7)进行abc/dq变换后得到三相定子电流d、q轴分量isd、isq;三相定子电流d、q轴分量isd、isq作为机侧电流内环的反馈值与三相定子电流d、q轴指令值isd*、isq*经PI环节(13)得到机侧变流器d、q轴输出电压;机侧变流器d、q轴输出电压经第六坐标变换单元(9)进行dq/abc变换后得到机侧变流器三相输出定子电压;

调制时间计算单元(11)根据网侧变流器输出电压d、q轴分量Ugd、Ugq,机侧变流器输出电压d、q轴分量Usd、Usq,以及中间直流电压Udc,得出机侧脉冲调制时间ms、网侧脉冲调制时间mg;

调制单元(12)根据机侧脉冲调制时间ms、网侧脉冲调制时间mg及网侧变流器三相输出电压、机侧变流器三相输出定子电压进行SVPWM调制计算,得出输出至九开关变流模块(2)中九个开关器件的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的高电压穿越装置,其特征在于:所述锁相环单元(6)根据网侧变流器输出电压d轴分量Ugd及网侧变流器输出电压d轴分量给定值Ugd_ref进行锁相,并向所述第一坐标变换单元(4)、第二坐标变换单元(5)和第五坐标变换单元(8)输出电网相角值θ1作为锁相值;输入所述第三坐标变换单元(6)、第四坐标变换单元(7)和第六坐标变换单元(9)的信号还包括通过位置编码器检测得到的电机转子位置角θr。

3.根据权利要求1或2所述的高电压穿越装置,其特征在于:将电机(3)的励磁电流指令值作为三相定子电流d轴指令值isd*,将电机(3)的转矩电流指令值作为三相定子电流q轴指令值isq*;将网侧变流器的有功电流指令值作为网侧三相输出电流d轴指令值ild*,将网侧变流器无功电流指令值作为网侧三相输出电流q轴指令值ilq*;中间直流电压反馈值Udc与中间直流电压指令值Udc*经PI环节(13)得到网侧三相输出电流d轴指令值ild*;三相定子电流d轴分量isd根据以下公式计算:其中,Usq为机侧变流器输出电压d轴分量,Usd为机侧变流器输出电压q轴分量,σ为网压升高系数,Ugd为网侧变流器输出电压d轴分量,Ugq为网侧变流器输出电压q轴分量,ψf为电机永磁体磁链,ω为电机同步角速度,Ld为电机同轴电感;

所述电机(3)的励磁电流指令值isd*小于三相定子电流d轴分量isd。

4.根据权利要求3所述的高电压穿越装置,其特征在于,所述调制时间计算单元(11)根据以下公式计算机侧脉冲调制时间ms、网侧脉冲调制时间mg:mg=T1=K1*Ts

ms=T2=K2*Ts

其中,Udc1为网侧变流器直流母线电压,Udc2为机侧变流器直流母线电压,Udc为总的直流母线电压,T1为网侧变流器开关周期,T2为机侧变流器开关周期,Usq为机侧变流器输出电压d轴分量,Usd为机侧变流器输出电压q轴分量,Ugd为网侧变流器输出电压d轴分量,Ugq为网侧变流器输出电压q轴分量,Kpwm为直流母线利用率,K1为网侧直流母线电压分配系数,K2为机侧直流母线电压分配系数,Ts为开关周期。

5.一种高电压穿越方法,其特征在于,包括以下步骤:

S101)检测电网(1)的三相电压幅值,以及电机(3)的三相定子电压幅值;

S102)当检测到电网(1)的电压升高后,根据实际电网(1)的电压更新网侧直流母线电压分配系数K1,以确保网侧变流器可控;

S103)根据三相定子电压及网侧直流母线电压分配系数K1确定并更新机侧直流母线电压分配系数K2,同时计算励磁电流指令值isd*,以确保机侧变流器可控;

S104)根据网侧直流母线电压分配系数K1、机侧直流母线电压分配系数K2计算机侧脉冲调制时间ms、网侧脉冲调制时间mg;

S105)根据机侧脉冲调制时间ms、网侧脉冲调制时间mg,以及网侧变流器三相输出电压、机侧变流器三相输出定子电压进行九开关变流模块(2)SVPWM调制,以实现高电压穿越。

6.根据权利要求5所述的高电压穿越方法,其特征在于:三相电网电压Uga、Ugb、Ugc经abc/dq变换后得到网侧变流器输出电压d、q轴分量Ugd、Ugq,并经锁相得到电网相角值θ1;网侧变流器三相输出电流ila、ilb、ilc经abc/dq变换后得到三相输出电流d、q轴分量ild、ilq;三相输出电流d、q轴分量ild、ilq作为网侧电流内环的反馈值与网侧三相输出电流d、q轴指令值ild*、ilq*经PI调节得到网侧变流器d、q轴输出电压;网侧变流器d、q轴输出电压经dq/abc变换后得到网侧变流器三相输出电压;根据网侧变流器输出电压d轴分量Ugd及网侧变流器输出电压d轴分量给定值Ugd_ref进行锁相得到电网相角值θ1,并作为网侧abc/dq变换、dq/abc变换的相角值;三相定子电压Usa、Usb、Usc经abc/dq变换后得到机侧变流器输出电压d、q轴分量Usd、Usq;三相定子电流isa、isb、isc经abc/dq变换后得到三相定子电流d、q轴分量isd、isq;三相定子电流d、q轴分量isd、isq作为机侧电流内环的反馈值与三相定子电流d、q轴指令值isd*、isq*经PI调节得到机侧变流器d、q轴输出电压;机侧变流器d、q轴输出电压经dq/abc变换后得到机侧变流器三相输出定子电压;通过位置编码器检测得到的电机转子位置角θr,并作为机侧abc/dq变换、dq/abc变换的相角值。

7.根据权利要求6所述的高电压穿越方法,其特征在于,根据网侧变流器输出电压d、q轴分量Ugd、Ugq,机侧变流器输出电压d、q轴分量Usd、Usq,以及中间直流电压Udc,通过以下公式得到机侧脉冲调制时间ms、网侧脉冲调制时间mg:mg=T1=K1*Ts

ms=T2=K2*Ts

其中,Udc1为网侧变流器直流母线电压,Udc2为机侧变流器直流母线电压,Udc为总的直流母线电压,T1为网侧变流器开关周期,T2为机侧变流器开关周期,Usq为机侧变流器输出电压d轴分量,Usd为机侧变流器输出电压q轴分量,Ugd为网侧变流器输出电压d轴分量,Ugq为网侧变流器输出电压q轴分量,Kpwm为直流母线利用率,K1为网侧直流母线电压分配系数,K2为机侧直流母线电压分配系数,Ts为开关周期。

8.根据权利要求6或7所述的高电压穿越方法,其特征在于:将电机(3)的励磁电流指令值作为三相定子电流d轴指令值isd*,将电机(3)的转矩电流指令值作为三相定子电流q轴指* *令值isq ;将网侧变流器的有功电流指令值作为网侧三相输出电流d轴指令值ild ,将网侧变流器无功电流指令值作为网侧三相输出电流q轴指令值ilq*;中间直流电压反馈值Udc与中间直流电压指令值Udc*经PI调节得到网侧三相输出电流d轴指令值ild*。

9.根据权利要求8所述的高电压穿越方法,其特征在于,三相定子电流d轴分量isd根据以下公式计算:

其中,Usq为机侧变流器输出电压d轴分量,Usd为机侧变流器输出电压q轴分量,σ为网压升高系数,Ugd为网侧变流器输出电压d轴分量,Ugq为网侧变流器输出电压q轴分量,ψf为电机永磁体磁链,ω为电机同步角速度,Ld为电机同轴电感;

所述电机(3)的励磁电流指令值isd*小于三相定子电流d轴分量isd。

10.一种变流系统,其特征在于,包括:九开关变流模块(2),与所述九开关变流模块(2)相连的电网(1)和电机(3),以及如权利要求1至4任一项所述与九开关变流模块(2)相连的高电压穿越装置(100);所述九开关变流模块(2)采用九开关全功率直驱式变流器,所述电机(3)采用直驱式永磁同步电机。