一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法及系统

1.本公开属于电力电子技术领域，具体涉及一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.风、光等新能源并网发电及储能等应用需要三相并网变换器接入电网以完成交流到直流或直流到交流的能量变换。三相并网变换器启动过程中交流侧存在冲击电流，需要通过硬件或软件的手段加以抑制。
4.据发明人了解，现有的冲击电流硬件抑制方法通常是利用附加限流电阻，并网变换器启动前，闭合交流继电器，通过限流电阻抑制冲击电流。待交流电容(或直流侧电容)充电完毕后，通过附加继电器旁路限流电阻，以避免其功率损耗。然而，限流电阻及旁路继电器不可避免的增加了并网变换器系统的体积、成本、重量，同时增加了系统的复杂性，降低了电路的可靠性。通过准确检测交流电压过零点，并在过零点附近分别独立闭合三相交流继电器，可限制冲击电流；然而，实际并网变换器三相交流继电器往往采用一个统一的信号控制，难以实现独立控制。
5.针对无限流电阻的三相并网变换器，启动过程极易过流，对交流继电器和功率开关正常运行构成严峻挑战，导致并网失败和变换器故障，降低了系统的可靠性和安全性。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本公开提出了一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法及系统，无需附加限流电阻及旁路继电器等硬件，能显著降低并网变换器启动冲击电流，避免限流电阻及旁路继电器引入的附加系统成本、体积和重量，简化系统结构，增加系统可靠性和鲁棒性，具有实现简单的优点。
7.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法，采用如下技术方案：
8.一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法，包括：
9.基于三相并网变换器中的三相交流继电器开关控制交流继电器的通断；
10.在三相并网变换器控制电路中增设用于控制pwm波生成器通断的pwm波生成器开关和用于控制闭环控制器状态的闭环控制器开关；
11.对逆变器侧电流和电网公共连接点处三相电压进行坐标变换，分别得到电流跟踪指令值和电压前馈指令值；
12.结合比例积分控制器、电流跟踪指令值和电压前馈指令值，依次调节所述闭环控制器开关、所述pwm波生成器开关和所述三相交流继电器开关的状态，抑制三相并网变换器启动过程中的冲击电流。
13.作为进一步的技术限定，所述三相并网变换器包括依次连接的功率半导体开关、三相lcl滤波器和三相交流继电器；所述功率半导体开关采用三相桥式功率半导体开关，包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂包括第一功率开关器件和第四功率开关器件，所述第二桥臂包括第三功率开关器件和第六功率开关器件，所述第三桥臂包括第二功率开关器件和第五功率开关器件。
14.进一步的，所述第一功率开关器件、第二功率开关器件、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第五功率开关器件和第六功率开关器件均开关管单元，所述开关管单元包括三极管和反向并联在所述三极管的集电极和发射极之间的二极管，所述二极管的阳极连接所述三极管的发射极，所述二极管的阴极连接所述三极管的集电极。
15.进一步的，所述三相lcl滤波器包括三相逆变侧电感、三相网侧电感和三相滤波电容；所述三相逆变侧电感的一侧分别设置在所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第三桥臂的中间，另一侧分别连接所述三相网侧电感；所述三相滤波电容的一端分别连接所述三相逆变侧电感和所述三相网侧电感，另一端分别短接。
16.作为进一步的技术限定，所述三相交流继电器开关s
g_relay
包括0和1两个状态，s
g_relay
＝1为交流继电器闭合；s
g_relay
＝0为交流继电器断开；
17.所述pwm波生成器开关s
g_pwm
包括0和1两个状态，s
g_pwm
＝1为pwm波生成器开通，允许产生pwm波；s
g_pwm
＝0为pwm生成器关闭，所有pwm波均为低电平；
18.所述闭环控制器开关s
g_cl
包括0和1两个状态，s
g_cl
＝1为闭环控制器开通；s
g_cl
＝0为闭环控制器关闭。
19.作为进一步的技术限定，所述抑制三相并网变换器启动过程中的冲击电流的过程中，打开三相交流继电器开关和闭环控制器开关，闭合pwm波生成器开关，使三相并网变换器开环运行；到第一运行时间后，调节pwm波生成器开关使其断开，即关闭pwm波生成器，使三相并网变换器中的三相滤波电容充电，到第二运行时间后，调节三相交流继电器开关使其闭合，交流继电器通电，三相滤波电容反向放电，减小三相并网变换器启动过程中所产生的冲击电流。
20.进一步的，所述第一运行时间不少于5ms；所述第二运行时间与所述第一运行时间的时间差为电网基波周期的整数倍。
21.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种三相并网变换器启动冲击电流抑制系统，采用如下技术方案：
22.一种三相并网变换器启动冲击电流抑制系统，包括：
23.开关模块，其被配置为基于三相并网变换器中的三相交流继电器开关控制交流继电器的通断；在三相并网变换器控制电路中增设用于控制pwm波生成器通断的pwm波生成器开关和用于控制闭环控制器状态的闭环控制器开关；
24.坐标变换模块，其被配置为对逆变器侧电流和电网公共连接点处三相电压进行坐标变换，分别得到电流跟踪指令值和电压前馈指令值；
25.抑制模块，其被配置为结合比例积分控制器、电流跟踪指令值和电压前馈指令值，依次调节所述闭环控制器开关、所述pwm波生成器开关和所述三相交流继电器开关的状态，抑制三相并网变换器启动过程中的冲击电流。
26.根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下
技术方案：
27.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法中的步骤。
28.根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
29.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法中的步骤。
30.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
31.本公开无需附加限流电阻及旁路继电器等硬件，能显著减小并网变换器启动冲击电流；同时，本公开的方法对交流继电器统一控制，实现简单，具有通用性。
附图说明
32.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
33.图1是本公开实施例一中的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法的流程图；
34.图2是本公开实施例一中的三相并网变换器电路结构示意图；
35.图3是本公开实施例一中的三相并网变换器控制结构示意图；
36.图4是本公开实施例一中的三相并网变换器关pwm波时(s
g_pwm
＝0)控制结构示意图；
37.图5是本公开实施例一中的三相并网变换器开环运行时(s
g_pwm
＝1，s
g_cl
＝0)控制结构示意图；
38.图6是本公开实施例一中的三相并网变换器闭环运行时(s
g_pwm
＝1，s
g_cl
＝1)控制结构示意图；
39.图7是本公开实施例一中的三相并网变换器启动电流冲击抑制控制逻辑图；
40.图8是本公开实施例一中的三相并网变换器启动电流冲击抑制控制时间序列图；
41.图9是本公开实施例一中的三相并网变换器启动实验波形图；
42.图10是本公开实施例二中的三相并网变换器启动冲击电流抑制系统的结构框图。
具体实施方式
43.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
44.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
45.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
46.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.实施例一
48.本公开实施例一介绍了一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法。
49.如图1所示的一种三相并网变换器启动冲击电流抑制方法，包括：
50.基于三相并网变换器中的三相交流继电器开关控制交流继电器的通断；
51.在三相并网变换器控制电路中增设用于控制pwm波生成器通断的pwm波生成器开关和用于控制闭环控制器状态的闭环控制器开关；
52.对逆变器侧电流和电网公共连接点处三相电压进行坐标变换，分别得到电流跟踪指令值和电压前馈指令值；
53.结合比例积分控制器、电流跟踪指令值和电压前馈指令值，依次调节所述闭环控制器开关、所述pwm波生成器开关和所述三相交流继电器开关的状态，抑制三相并网变换器启动过程中的冲击电流。
54.如图2所示的常见三相两电平并网变换器，包括6个功率功率开关器件(s
g1
，s
g2
，s
g3
，s
g4
，s
g5
，s
g6
)，1个三相lcl滤波器(由3个逆变侧电感l
gi
，3个网侧电感l
gg
，3个滤波电容c
gf
组成)，1个三相交流继电器；其中，三相交流继电器通过开关信号s
g_relay
控制：s
g_relay
＝1时，继电器闭合接通；s
g_relay
＝0时，继电器断开。结合图2中所示的三相两电平并网变换器，采样电网公共连接点处三相电压v
gabc
，逆变器侧三相电流i
giabc
，直流侧电压v
gdc
为控制器提供信息。
55.如图3所述的三相并网变换器控制器结构，通过比例积分(pi)控制器，进行指令值的无静差跟踪，即分别令dq0坐标系下逆变器侧电流i
gid
和i
giq
跟踪其指令值i
gid_ref
和i
giq_ref
；锁相环(pll)为abc/dq0坐标系变换提供提准相位θg。电网公共连接点处三相电压v
gabc
通过abc/dq0坐标系变换得到v
gd
和v
gq
，作为前馈指令；s
g_cl
和s
g_pwm
为本实施例所添加的附加控制信号开关；s
g_cl
＝1时，使能闭环控制；s
g_cl
＝0时，关闭闭环控制，进入开环控制。s
g_pwm
＝1时，使能生成pwm波；s
g_pwm
＝0时，关闭pwm波，所有pwm波为低电平。
56.关闭pwm模式下的控制结构示意图如图4所示，s
g_pwm
＝0，关闭pwm波，所有功率开关驱动电平为低；开环运行模式下控制结构示意图如图5所示，s
g_pwm
＝1且s
g_cl
＝0，并网变换器以开环模式运行；闭环运行模式下控制结构示意图如图6所示，s
g_pwm
＝1且s
g_cl
＝1，并网变换器以闭环模式运行。
57.三相并网变换器启动电流冲击抑制控制逻辑图如图7所示，冲击电流抑制策略在停机(关pwm)到闭合交流继电器中间加入控制时序；在抑制冲击电流的过程中，首先，以图5所示的开环模式运行一段时间，再以图4所示的关pwm模式运行一段时间，然后闭合交流继电器(s
g_relay
＝1)，最后以图6所示闭环模式正常运行。三相并网变换器启动电流冲击抑制控制时间序列图如图8所示，本冲击电流抑制策略典型时序为开环运行50ms，以关pwm模式运行20ms，然后闭合交流继电器(s
g_relay
＝1)。三相并网变换器启动实验波形图如图9所示，进而验证了本实施例所提出的方法能够有效限制冲击电流。
58.本实施例无需附加限流电阻及旁路继电器等硬件，能显著减小并网变换器启动冲击电流；同时，本公开的方法对交流继电器统一控制，实现简单，具有通用性。
59.实施例二
60.本公开实施例二介绍了一种三相并网变换器启动冲击电流抑制系统。
61.如图10所示的一种三相并网变换器启动冲击电流抑制系统，包括：
62.开关模块，其被配置为基于三相并网变换器中的三相交流继电器开关控制交流继
电器的通断；在三相并网变换器控制电路中增设用于控制pwm波生成器通断的pwm波生成器开关和用于控制闭环控制器状态的闭环控制器开关；
63.坐标变换模块，其被配置为对逆变器侧电流和电网公共连接点处三相电压进行坐标变换，分别得到电流跟踪指令值和电压前馈指令值；
64.抑制模块，其被配置为结合比例积分控制器、电流跟踪指令值和电压前馈指令值，依次调节所述闭环控制器开关、所述pwm波生成器开关和所述三相交流继电器开关的状态，抑制三相并网变换器启动过程中的冲击电流。
65.详细步骤与实施例一提供的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法相同，在此不再赘述。
66.实施例三
67.本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
68.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法中的步骤。
69.详细步骤与实施例一提供的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法相同，在此不再赘述。
70.实施例四
71.本公开实施例四提供了一种电子设备。
72.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法中的步骤。
73.详细步骤与实施例一提供的三相并网变换器启动冲击电流抑制方法相同，在此不再赘述。
74.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
75.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。