CN110112946B - 控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置 - Google Patents

控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置。所述方法可包括：获取调制矢量集合；将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量；当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压；当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合及第二调制矢量集合时，根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。所述方法可通过非零矢量来控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压，从而可避免机侧逆变器的交流输出端电压过高，防止设备损坏。

Description

控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置
技术领域
本发明涉及变流器技术领域，更具体地，涉及一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置。
背景技术
可通过绝缘栅双极型晶体管(即：Insulated Gate Bipolar Translator，简称为IGBT)来控制变流器。在IGBT开关瞬间，变流器会产生极高的脉冲电压。该脉冲电压会流经发电机，导致发电机的对地电压和共模电压过高，容易造成发电机绝缘机构的击穿和损坏。该脉冲电压还会产生轴承电流，损害轴承***。
传统的降低所述脉冲电压的方法是在机侧逆变器的交流输出端安装RLC(即：电阻、电感和电容型)滤波器以降低机侧逆变器的交流输出端口电压。但是，这种RLC滤波器的体积比较大、占用的空间大、能耗较高并且成本也较高。
发明内容
本发明的各个方面至少可解决以上提到的问题和/或缺点，并且至少提供以下优点。另外，本发明可不解决以上提到的问题和/或缺点。
根据本发明的一方面，提供了一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法。所述方法可包括：获取调制矢量集合，所述调制矢量集合包括针对变流器的网侧逆变器的第一调制矢量集合，或者包括针对变流器的网侧逆变器的第一调制矢量集合和针对变流器的机侧逆变器的第二调制矢量集合；将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量；当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压；当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合及第二调制矢量集合时，根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
可选地，当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，所述获取调制矢量集合的步骤包括：对网侧逆变器的输出电压进行采样；对通过采样获得的输出电压进行坐标变换；根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数；根据扇区函数确定需要使用的扇区；根据确定的扇区来确定第一调制矢量集合。
可选地，所述对通过采样获得的输出电压进行坐标变换的步骤包括：通过Clarke变换将三相静止坐标系下的输出电压变换为两相静止坐标系下的输出电压，所述根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数的步骤包括：定义如下变量：
Figure BDA0001564958650000021
根据如下表达式生成扇区函数H：
H＝sgn(A)+2sgn(B)+4sgn(C)，
Figure BDA0001564958650000022
其中，Uα和Uβ是两相静止坐标系下的输出电压的两相分量。
可选地，所述根据扇区函数确定需要使用的扇区的步骤包括：预先确定扇区函数的值与扇区之间的对应关系；根据两相静止坐标系下的输出电压的两相分量的值计算扇区函数的值；根据计算出的扇区函数的值和所述对应关系来确定需要使用的扇区。
可选地，所述根据确定的扇区来确定第一调制矢量集合的步骤包括：预先确定扇区与调制矢量集合之间的对照表；根据确定的需要使用的扇区从所述对照表中查找出与所述确定的扇区对应的第一调制矢量集合。
可选地，所述将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量的步骤包括：当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算；如果异或运算的结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代所述零矢量；当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合及第二调制矢量集合时，对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算，并且对第二调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算；如果对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算的结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代第一调制矢量集合中的零矢量，如果对第二调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代第二调制矢量集合中的零矢量。
可选地，所述根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压的步骤包括：确定第一调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；对第一调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成；根据确定的所述对应关系确定合成后的调制矢量所对应的电压；根据确定的电压来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
可选地，所述根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压的步骤包括：确定第一调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；确定第一调制矢量集合中的每个调制矢量的作用时间；根据确定的对应关系和作用时间来计算每个调制矢量在作用时间内产生的电压值；将各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得参考电压；根据获得的参考电压来控制网侧逆变器的输出电压，从而控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
可选地，当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合和第二调制矢量集合时，所述获取调制矢量集合的步骤包括：对网侧逆变器的输出电压和机侧逆变器的输出电压进行采样；根据通过采样得到的输出电压获得对应的调制矢量集合，其中，根据通过对网侧逆变器采样得到的输出电压获得第一调制矢量集合，根据通过对机侧逆变器采样得到的输出电压获得第二调制矢量集合，其中，所述根据通过采样得到的输出电压获得对应的调制矢量集合的步骤包括：对通过采样得到的输出电压进行坐标变换；根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数；根据扇区函数确定需要使用的扇区；根据确定的扇区来确定对应的调制矢量集合。
可选地，所述根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压的步骤包括：确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；对第一调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成，并且对第二调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成；根据确定的所述对应关系确定对第一调制矢量集合进行合成后的调制矢量所对应的第一电压，以及对第二调制矢量集合进行合成后的调制矢量所对应的第二电压；根据确定的第一电压和第二电压来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
可选地，所述根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压的步骤包括：确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集中的每个调制矢量的作用时间；根据确定的对应关系和作用时间来计算每个调制矢量在作用时间内产生的电压值；将第一调制矢量集合中的各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得第一参考电压，将第二调制矢量集合中的各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得第二参考电压；根据获得的第一参考电压来控制网侧逆变器的输出电压，根据获得的第而参考电压来控制机侧逆变器的输出电压，从而控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述方法的指令。
根据本发明的另一方面，提供了一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的装置。所述装置可包括：处理器；存储器，存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述方法的指令。
本发明提出了控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置。所述方法和装置可控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压以及机侧逆变器的交流输出端的共模电压，从而避免与变流器连接的设备受到损坏，尤其是避免发电机绝缘机构的击穿和损坏，还可避免产生过高的轴承电流，从而可防止轴承***损坏。可避免使用大型RLC滤波器所带来的占用空间大、能耗高、成本高的问题。如再配合缩小体积的滤波器，还可起到更好的滤波效果。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图1示出根据本发明示例性实施例的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的变流器的结构示意图；
图3示出根据本发明示例性实施例的网侧逆变器控制器的示意图；
图4示出图3中的锁相环及正负序电压计算模块的示意图；
图5示出根据本发明示例性实施例的另一控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图更加详细地描述发明构思的示例性实施例。
图1示出根据本发明示例性实施例的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法的流程图。如图1中所示，本示例性实施例的方法可包括如下步骤S110至S130。在S110，获取针对网侧逆变器的调制矢量集合。在S120，将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量。在S130，根据经过调整的调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
作为示例，可通过如下步骤来获取针对网侧逆变器的调制矢量集合：对网侧逆变器的输出电压进行采样；对通过采样获得的输出电压进行坐标变换；根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数；根据扇区函数确定需要使用的扇区；根据确定的扇区来确定调制矢量集合。
作为示例，所述对通过采样获得的输出电压进行坐标变换的步骤包括：通过Clarke变换将三相静止坐标系下的输出电压变换为两相静止坐标系下的输出电压。
可采用如下的表达式(1)来进行Clarke变换
Figure BDA0001564958650000051
其中，Ua、Ub和Uc是三相静止坐标系下的输出电压的三相分量，Uα和Uβ是两相静止坐标系下的输出电压的两相分量。
作为示例，可通过如下步骤生成扇区函数：
定义如下变量：
Figure BDA0001564958650000061
根据如下表达式生成扇区函数H：
H＝sgn(A)+2sgn(B)+4sgn(C)，
Figure BDA0001564958650000062
其中，Uα和Uβ是两相静止坐标系下的输出电压的两相分量。
作为示例，所述根据扇区函数确定需要使用的扇区的步骤包括：预先确定扇区函数的值与扇区之间的对应关系；根据两相静止坐标系下的输出电压的两相分量的值计算扇区函数的值；根据计算出的扇区函数的值和所述对应关系来确定需要使用的扇区。例如，扇区函数H的值与扇区号之间的对应关系如以下的表1中所示。在这种情况下，可先计算扇区函数H的值，然后通过查找表1来确定需要使用的扇区。
表1
H 3 1 5 4 6 2
扇区号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
作为示例，所述根据确定的扇区来确定调制矢量集合的步骤包括：预先确定扇区与调制矢量集合之间的对照表；根据确定的需要使用的扇区从所述对照表中查找出对应的调制矢量集合。例如，扇区与调制矢量集合之间的对照表可如以下的表2中所示。在这种情况下，可根据确定的扇区号从表2中查找出调制矢量集合。
表2
Figure BDA0001564958650000063
Figure BDA0001564958650000071
在上述表2中，V0和V7是零矢量(即：V0和V7分别对应“000”和“111”)，为了将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量，可执行如下步骤：对调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算；如果异或运算的结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代所述零矢量。
通过上述操作可将以上的表2调整为如下的表3。
表3
扇区号 调制矢量集合
Ⅰ V5->V4->V6->V2->V2->V6->V4->V5
Ⅱ V4->V2->V6->V3->V3->V6->V2->V4
Ⅲ V6->V2->V3->V1->V1->V3->V2->V6
Ⅳ V2->V1->V3->V5->V5->V3->V1->V2
Ⅴ V3->V1->V5->V4->V4->V5->V1->V3
Ⅵ V1->V4->V5->V6->V6->V5->V4->V1
作为示例，根据经过调整的调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压的步骤可包括：确定调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；对调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成；根据确定的所述对应关系确定合成后的调制矢量所对应的电压；根据确定的电压来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
作为示例，所述根据经过调整的调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压的步骤可包括：确定调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；确定调制矢量集合中的每个调制矢量的作用时间；根据确定的对应关系和作用时间来计算每个调制矢量在作用时间内产生的电压值；将各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得参考电压；根据获得的参考电压来控制网侧逆变器的输出电压，从而控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
除了通过上述实施例控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压之外，还可通过图5所示实施例来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。图5示出根据本发明另一示例性实施例的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法的流程图。
如图5中所示，本示例性实施例的方法可包括如下步骤S510至S530。在S510，获取针对变流器的网侧逆变器的第一调制矢量集合和针对变流器的机侧逆变器的第二调制矢量集合。在S520，将第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量。在S530，根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
作为示例，所述获取针对变流器的网侧逆变器的第一调制矢量集合和针对变流器的机侧逆变器的第二调制矢量集合的步骤包括：对网侧逆变器的输出电压和机侧逆变器的输出电压进行采样；根据通过采样得到的输出电压获得对应的调制矢量集合，其中，根据通过对网侧逆变器采样得到的输出电压获得第一调制矢量集合，根据通过对机侧逆变器采样得到的输出电压获得第二调制矢量集合，其中，所述根据通过采样得到的输出电压获得对应的调制矢量集合的步骤包括：对通过采样得到的输出电压进行坐标变换；根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数；
根据扇区函数确定需要使用的扇区；根据确定的扇区来确定对应的调制矢量集合。
作为示例，所述对通过采样得到的输出电压进行坐标变换的步骤包括：通过Clarke变换将三相静止坐标系下的输出电压变换为两相静止坐标系下的输出电压。
作为示例，所述根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数的步骤包括：定义如下变量：
Figure BDA0001564958650000091
根据如下表达式生成扇区函数H：
H＝sgn(A)+2sgn(B)+4sgn(C)，
Figure BDA0001564958650000092
其中，Uα和Uβ是两相静止坐标系下的输出电压的两相分量。
作为示例，所述根据扇区函数确定需要使用的扇区的步骤包括：预先确定扇区函数的值与扇区之间的对应关系；根据两相静止坐标系下的输出电压的两相分量的值计算扇区函数的值；根据计算出的扇区函数的值和所述对应关系来确定需要使用的扇区。
作为示例，所述根据确定的扇区来确定对应的调制矢量集合的步骤包括：预先确定扇区与调制矢量集合之间的对照表；根据确定的需要使用的扇区从所述对照表中查找出对应的调制矢量集合。
作为示例，将第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量的步骤包括：对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算，并且对第二调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算；如果对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算的结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代所第一调制矢量集合中的零矢量，如果对第二调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代第二调制矢量集合中的零矢量。
作为示例，所述根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压的步骤包括：确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；对第一调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成，并且对第二调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成；根据确定的所述对应关系确定对第一调制矢量集合进行合成后的调制矢量所对应的第一电压，以及对第二调制矢量集合进行合成后的调制矢量所对应的第二电压；根据确定的第一电压和第二电压来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
作为示例，所述根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压的步骤包括：确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集中的每个调制矢量的作用时间；根据确定的对应关系和作用时间来计算每个调制矢量在作用时间内产生的电压值；将第一调制矢量集合中的各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得第一参考电压，将第二调制矢量集合中的各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得第二参考电压；根据获得的第一参考电压来控制网侧逆变器的输出电压，根据获得的第而参考电压来控制机侧逆变器的输出电压，从而控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
为了控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压和共模电压，需要知道如何计算所述对地电压和共模电压。下面结合图2描述计算对地电压和共模电压的计算过程。
图2示出根据本发明示例性实施例的变流器的结构示意图。如图2中所示，变流器可包括网侧逆变器203和机侧逆变器202。机侧逆变器202与发电机201连接，网侧逆变器203与机侧逆变器202通过直流母线连接。通过机侧逆变器控制器204来控制机侧逆变器202，通过网侧逆变器控制器205来控制网侧逆变器203。
下面结合图2进行说明，在图2中，A点、B点、C点表示机侧逆变器202的交流输出端的A相、B相和C相。下面描述A点的对地电压UAG，其中，G为地。为方便分析和计算，可引入虚拟的直流母线中性点N’，此中性点非物理上实际存在，但是不影响分析和计算结果。电压UAG可通过如下的表达式(2)来计算。
UAG＝UA-UG＝UA-UN'+UN'-UG＝UAN'+UN'G (2)
其中，UA为A相的电势，UG为大地的电势，UN'为中性点N’的电势，UAN'为A点与中性点N’之间的电势差，UN'G为中性点N’与大地之间的电势差。
其中，A点与中性点N’之间的电势差UAN'满足如下关系式：
Figure BDA0001564958650000111
其中，SA为针对机侧逆变器的A相的调制函数，机侧逆变器的A相的上桥臂导通时SA＝1，下桥臂导通时SA＝-1。UDC为直流母线电压值。
根据基尔霍夫电压定律，中性点N’与大地之间的电势差满足如下关系式：
Figure BDA0001564958650000112
其中，UN'U、UN'V、UN'W分别为网侧逆变器的U相、V相和W相与中性点N’之间的电势差。iu、iv、iw分别为网侧逆变器的U相、V相、W相的相电流，L为网侧LC滤波器电感值，R为网侧逆变器的U相、V相、W相的等效电阻值，eu、ev、ew为箱式变压器低压侧绕组的内电势。
将上述(3)式中三个公式等号两边相加可得下式：
Figure BDA0001564958650000113
通过对等号右边的各项整理，可获得：
Figure BDA0001564958650000114
Figure BDA0001564958650000115
其中，iu+iv+iw为网侧零序电流，记为i0。在R值足够小的情况下，R(iu+iv+iw)≈0，eu+ev+ew为箱变低压侧内电势的零序电压，可认为eu+ev+ew≈0。在这种情况下，对(4)式整理可得：
Figure BDA0001564958650000121
对(7)式进行进一步整理可得：
Figure BDA0001564958650000122
联立(1)、(2)、(8)式，可得如下表达式(9)：
Figure BDA0001564958650000123
在上述表达式(9)中，UAG包括三个部分。第一部分是SA*(UDC/2)，UDC表示连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压，SA的值是1或-1，此部分的幅值是固定的±UDC/2。通过第三部分
Figure BDA0001564958650000124
也无法降低电压UAG。
第二部分变量是UDC(SU+SV+Sw)/6，此部分变量与SU+SV+SW成比例关系，SU、SV和SW是网侧逆变器的三个调制函数。调制矢量与UDC(SU+SV+Sw)/6之间的对应关系如以下的表4中所示。表4体现出调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系。
表4
Figure BDA0001564958650000125
Figure BDA0001564958650000131
通过查找表4可获得与调制矢量对应的UDC(SU+SV+Sw)/6的值，以此计算电压UAG。类似地，可计算机侧逆变器202的交流输出端的B相的对地电压和C相的对地电压。将获得的三个对地电压相加可计算出机侧逆变器202的交流输出端的对地电压。在上述操作中，如果不使用调制矢量中的零矢量(即，000和111)，则可将UDC(SU+SV+Sw)/6降低到UDC/6。
机侧逆变器202的交流输出端的共模电压满足如下表达式(10)。
Figure BDA0001564958650000132
其中，UAG、UBG和UCG满足下式：
Figure BDA0001564958650000133
根据表达式(8)、(10)、(11)可获得：
Figure BDA0001564958650000134
结合上文的描述，为了降低UCM，可在控制网侧逆变器时，不使用零矢量，以降低
Figure BDA0001564958650000135
值，并且在控制机侧逆变器时，不使用零矢量，以降低
Figure BDA0001564958650000136
值。
因此，在本发明的实施例中，需要将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量。在此基础上，可利用经过调制的调制矢量集合，对网侧逆变器和/或机侧逆变器进行控制，以降低机侧逆变器的交流输出端的对地电压和共模电压。
可结合图3和图4来描述对网侧逆变器的控制。由于在本发明的实施例中，对网侧逆变器的控制方式与对机侧逆变器的控制方式类似，因此，对网侧逆变器的控制方式的描述也适用于描述对机侧逆变器的控制方式。
图3示出根据本发明示例性实施例的网侧逆变器控制器的示意图。图4示出图3中的锁相环及正负序电压计算模块的示意图。
如图3中所示，电压传感器测量网侧逆变器的输出电压，测量的输出电压经过坐标变换可以得到网侧三相电压有效值、正序电压D轴分量、同步旋转坐标系DQ轴电压分量、以及前馈电压DQ轴分量。经过坐标变换的值可输送给前馈电压计算模块、锁相环及正负序电压计算模块。
直流母线电压外环PI控制器的输入为给定直流母线电压值UDC_set与反馈直流母线电压值UDC_fb之间的误差，输出为有功电流给定值Id_ref。
无功电流控制器的输入为外部无功给定、正序电压D轴分量u* d+1，输出为无功电流给定值Iq_ref。
有功电流给定值Id_ref和无功电流给定值Iq_ref经过相应的电流PI控制器，输出电压给定值Uq_ref和Ud_ref。输出的电压给定值经过网侧逆变器调制算法模块生成相应的PWM控制信号。直流母线电压值UDC_fb依次经过直流电压控制器和制动单元调制算法模块生成相应的PWM控制信号。前馈电压计算模块根据经过坐标变换后的电压生成前馈电压Ud_ff和Uq_ff。
在图4中，经过坐标变换后的电压通过锁相环及正负序电压计算模块产生正序电压D轴分量
Figure BDA0001564958650000141
结合图3和图4，可通过如下表达式来计算正序电压D轴分量
Figure BDA0001564958650000142
正序电压Q轴分量
Figure BDA0001564958650000143
负序电压D轴分量
Figure BDA0001564958650000144
以及负序电压Q轴分量
Figure BDA0001564958650000145
Figure BDA0001564958650000146
Figure BDA0001564958650000147
其中，
Figure BDA0001564958650000148
为正向旋转(逆时针)DQ坐标系D轴电压分量，
Figure BDA0001564958650000149
为正向旋转(逆时针)DQ坐标系Q轴电压分量，
Figure BDA00015649586500001410
为反向旋转(顺时针)DQ坐标系D轴电压分量，
Figure BDA00015649586500001411
为反向旋转(顺时针)DQ坐标系Q轴电压分量，
Figure BDA00015649586500001412
为经过低通滤波后的正序电压D轴分量，
Figure BDA00015649586500001413
为经过低通滤波后的正序电压Q轴分量，
Figure BDA00015649586500001414
为经过低通滤波后的负序电压D轴分量，
Figure BDA00015649586500001415
为经过低通滤波后的负序电压Q轴分量。θ'是上述调制矢量的相位角。
通过电压传感器采样得到的电压信号经过同步旋转坐标变换得到DQ旋转坐标系下的电压DQ轴分量Ud和Uq，此DQ轴分量经过前馈电压计算模块的计算得到前馈电压信号。该前馈电压信号可被反馈至电流环，以增加电流环的瞬态响应速度。
坐标变换可以是Clarke变换，可用于将Ua、Ub和Uc或者Uab和Ubc变换为两相静止坐标系下的电压Uα和Uβ，变换公式为：
Figure BDA0001564958650000151
或
Figure BDA0001564958650000152
通过两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的坐标变换，得到两相旋转坐标系下的DQ轴电压Ugd和Ugq：
Figure BDA0001564958650000153
时域下网侧逆变器的输出电压及输出电流满足如下关系：
Figure BDA0001564958650000154
其中，Ugd、Ugq分别为网侧逆变器的输出电压的d轴分量和q轴分量；igd、igq分别是网侧逆变器的输出电流的d轴分量和q轴分量；Ucd、Ucq分别是网侧逆变器的交流端输出端电压的d轴分量和q轴分量；ω为电网电压的角速度；
逆变器控制***给定d轴、q轴电压公式如下：
Figure BDA0001564958650000155
其中，Ugd、Ugq作为前馈电压加入电流环的控制，使得电流环快速响应电压扰动；Ud_ref、Uq_ref为网侧逆变器的DQ坐标系的电压给定值，这两个电压给定值与特定调制矢量集合对应。
如上所述，可通过网侧逆变器的DQ坐标系的电压给定值Ud_ref、Uq_ref来产生PWM控制信号以控制网侧逆变器。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种计算机可读存储介质，存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述方法的指令。
根据本发明的又一示例性实施例，提供了一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的装置。所述装置包括：处理器；存储器，存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述方法的指令。
本发明提出了控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法和装置。所述方法和装置可控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压以及机侧逆变器的交流输出端的共模电压，从而避免与变流器连接的设备受到损坏，尤其是避免发电机绝缘机构的击穿和损坏，还可避免产生过高的轴承电流，从而可防止轴承***损坏。所述方法和装置还可避免使用大型RLC滤波器所带来的占用空间大、能耗高、成本高的问题。如再配合缩小体积的滤波器，还可起到更好的滤波效果。
本发明实施例中的计算机可读存储介质包含程序命令、数据文件、数据结构等或它们的组合。被记录在计算机可读存储介质中的程序可被设计或被配置以实现本发明的方法。计算机可读存储介质包括用于存储并执行程序命令的硬件***。硬件***的示例有磁介质(诸如硬盘、软盘、磁带)、光介质(诸如CD-ROM和DVD)、磁光介质(诸如软光盘、ROM、RAM、闪存等)。程序包括由编译器编译的汇编语言代码或机器代码和由解释器解释的更高级语言代码。硬件***可利用至少一个软件模块来实施以符合本发明。
可使用一个或多个通用或专用计算机(例如，处理器、控制器、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够运行软件或执行指令的任何其它装置)来实施上述方法的至少一部分。所述至少一部分可在操作***中实现，也可在操作***下操作的一个或多个软件应用中实现。
为了示意和描述的目的，给出了对本发明的描述，该描述的意图不在于以所公开的形式来穷尽或限制本发明。对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的情况下，可对实施例进行各种修改和改变。

Claims (12)

1.一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取调制矢量集合，所述调制矢量集合包括针对变流器的网侧逆变器的第一调制矢量集合，或者包括针对变流器的网侧逆变器的第一调制矢量集合和针对变流器的机侧逆变器的第二调制矢量集合；
将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量；
当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压；
当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合及第二调制矢量集合时，根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压，
所述将调制矢量集合中的零矢量调整为非零矢量的步骤包括：
当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算；如果异或运算的结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代所述零矢量；
当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合及第二调制矢量集合时，对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算，并且对第二调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算；如果对第一调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算的结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代第一调制矢量集合中的零矢量，如果对第二调制矢量集合中的任意两个非零矢量进行异或运算结果是非零矢量，则利用所述结果或对所述结果取反后的矢量来替代第二调制矢量集合中的零矢量。
2.如权利要求1所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合时，所述获取调制矢量集合的步骤包括：
对网侧逆变器的输出电压进行采样；
对通过采样获得的输出电压进行坐标变换；
根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数；
根据扇区函数确定需要使用的扇区；
根据确定的扇区来确定第一调制矢量集合。
3.如权利要求2所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述对通过采样获得的输出电压进行坐标变换的步骤包括：通过Clarke变换将三相静止坐标系下的输出电压变换为两相静止坐标系下的输出电压；
所述根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数的步骤包括：
定义如下变量：
Figure FDA0002635906530000021
根据如下表达式生成扇区函数H：
H＝sgn(A)+2sgn(B)+4sgn(C)，
Figure FDA0002635906530000022
其中，Uα和Uβ是两相静止坐标系下的输出电压的两相分量。
4.如权利要求3所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述根据扇区函数确定需要使用的扇区的步骤包括：
预先确定扇区函数的值与扇区之间的对应关系；
根据两相静止坐标系下的输出电压的两相分量的值计算扇区函数的值；
根据计算出的扇区函数的值和所述对应关系来确定需要使用的扇区。
5.如权利要求4所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述根据确定的扇区来确定第一调制矢量集合的步骤包括：
预先确定扇区与调制矢量集合之间的对照表；
根据确定的需要使用的扇区从所述对照表中查找出与所述确定的扇区对应的第一调制矢量集合。
6.如权利要求1所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压的步骤包括：
确定第一调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；
对第一调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成；
根据确定的所述对应关系确定合成后的调制矢量所对应的电压；
根据确定的电压来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
7.如权利要求1所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述根据经过调整的第一调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压的步骤包括：
确定第一调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；
确定第一调制矢量集合中的每个调制矢量的作用时间；
根据确定的对应关系和作用时间来计算每个调制矢量在作用时间内产生的电压值；
将各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得参考电压；
根据获得的参考电压来控制网侧逆变器的输出电压，从而控制机侧逆变器的交流输出端的对地电压。
8.如权利要求1所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，当所述调制矢量集合包括第一调制矢量集合及第二调制矢量集合时，所述获取调制矢量集合的步骤包括：
对网侧逆变器的输出电压和机侧逆变器的输出电压进行采样；
根据通过采样得到的输出电压获得对应的调制矢量集合，其中，根据通过对网侧逆变器采样得到的输出电压获得第一调制矢量集合，根据通过对机侧逆变器采样得到的输出电压获得第二调制矢量集合，
其中，所述根据通过采样得到的输出电压获得对应的调制矢量集合的步骤包括：
对通过采样得到的输出电压进行坐标变换；
根据经过坐标变换的输出电压生成扇区函数；
根据扇区函数确定需要使用的扇区；
根据确定的扇区来确定对应的调制矢量集合。
9.如权利要求8所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压的步骤包括：
确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；
对第一调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成，并且对第二调制矢量集合中的各个调制矢量进行合成；
根据确定的所述对应关系确定对第一调制矢量集合进行合成后的调制矢量所对应的第一电压，以及对第二调制矢量集合进行合成后的调制矢量所对应的第二电压；
根据确定的第一电压和第二电压来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
10.如权利要求8所述的控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的方法，其特征在于，所述根据经过调整的第一调制矢量集合和经过调整的第二调制矢量集合来控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压的步骤包括：
确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集合中的各个调制矢量与连接网侧逆变器和机侧逆变器的直流母线的电压之间的对应关系；
确定第一调制矢量集合和第二调制矢量集中的每个调制矢量的作用时间；
根据确定的对应关系和作用时间来计算每个调制矢量在作用时间内产生的电压值；
将第一调制矢量集合中的各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得第一参考电压，将第二调制矢量集合中的各个调制矢量产生的电压值进行合并以获得第二参考电压；
根据获得的第一参考电压来控制网侧逆变器的输出电压，根据获得的第而参考电压来控制机侧逆变器的输出电压，从而控制机侧逆变器的交流输出端的共模电压。
11.一种计算机可读存储介质，存储有当被处理器执行时使得处理器执行如权利要求1-10中任一项所述的方法的指令。
12.一种控制变流器的机侧逆变器的交流输出端电压的装置，其特征在于，所述装置包括：
处理器；
存储器，存储有当被处理器执行时使得处理器执行如权利要求1-10中任一项所述的方法的指令。
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