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基于准谐振控制器的零序环流抑制

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针对三相逆变器直接并联运行时存在零序环流的问题,提出一种基于准谐振控制器的零序环流闭环控制方法.通过分别建立并分析逆变器独立工作和两台并联工作时零序环流闭环控制模型可知,PWM零序调制电压为主要扰动.理想的谐振控制器在谐振频率处增益无穷大,可以消除与谐振频率相同频率的扰动分量对闭环系统的影响.针对扰动为频谱离散的周期性信号的特性,控制器采用多谐振控制器并联的控制结构.在推导零序环流闭环控制等效模型和扰动传递函数的基础上,提出准谐振控制器设计方法.仿真和实验结果表明,该方法能够有效抑制零序环流.

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V01．16 No．11

第16卷第11期

机

电

ELECTRI

与

控

制

C MACHINES AND CONTROL

学

报

Nov．2012

2012年1i月

基于准谐振控制器的零序环流抑制

许

铁岩，罗耀华

自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)

(哈尔滨工程大学

摘要：针对三相逆变器直接并联运行时存在零序环流的问题，提出一种基于准谐振控制器的零序

环流闭环控制方法。通过分别建立并分析逆变器独立工作和两台并联工作时零序环流闭环控制模

型可知，PWM零序调制电压为主要扰动。理想的谐振控制器在谐振频率处增益无穷大，可以消除

与谐振频率相同频率的扰动分量对闭环系统的影响。针对扰动为频谱离散的周期性信号的特性，

控制器采用多谐振控制器并联的控制结构。在推导零序环流闭环控制等效模型和扰动传递函数的

基础上，提出准谐振控制器设计方法。仿真和实验结果表明，该方法能够有效抑制零序环流。

关键词：潮流能；逆变器；并联；零序环流；准谐振控制器

312

中圈分类号：TM

文献标志码：A

文章编号：1007—449X(2012)11一0064—06

zero

current

based

suppression

sequence circulating

resonant controller

quasi

XU_{Tie—yan，LUO}Yao-hua

Automation，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China)

(College

at the zero

current

inverters worked in

parallel directly，a

zero se—

Abstract：Aiming

sequence circuits，when

control method based on

resonant controller is

quence circuiting

zero

closed—loop

quasi

proposed．The

control models of one inverter and two

closed--loop

of ideal resonant controller is infinite at the resonant

current

inverters were con· ·

sequence

circulating

structed and

the

analyzed．The gain

frequency，SO

disturbance could be eliminated at the same

width

se-

modulation(PWM)zero

frequency．The pulse

which the

frequency spectrum

modulation

is main

quence

voltage

disturbance，of

were

discrete．Multiple

resonant controllers which worked in

in the control resonant controller de—

loop．A

parallel

adopted

method was

on the

control model of the zero

circui-

sequence

sign

proposed，based

equivalent closed-loop

current and the disturbance transfer function．Simulation and

results

testify

that it

sup—

ring

experiment

the zero

current

presses

sequence circuiting

effectively．

circuit

resonant controller

Keywords：tidal

power；inverter；parallel；zero sequence

current；quasi

蕴藏量丰富的可再生能源，所以世界各国愈加重视

对潮流能的开发利用¨ 2|。三相逆变器采用多模块

并联技术不仅提高潮流能发电装置的可靠性而且易

于扩展其容量和维护保养，便于安装和布局‘3一]。

引

言

传统化石能源(煤、石油、天然气等)不但污染

环境而且资源有限，而潮流能是一种清洁无污染且

2012—-05—．25

收稿日期：

基金项目：国家海洋可再生能源专项资金项目(GHME2010GC02)；中央高校基本科研业务费专项资金(HEUCFIMl203)

作者简介：许铁岩(1982一)，男，博士研究生，研究方向为潮流能发电；

罗耀华(1956一)，男。教授，博士生导师。研究方向为可再生新能源发电。

通讯作者许铁岩

万方数据

第11期

许铁岩等：基于准谐振控制器的零序环流抑制

三相逆变器输入输出直接并联时，存在零序环流

(即零序电流)回路，零序环流将影响系统稳定性，

降低系统性能p-4j，所以需要采取有效措施抑制零

序环流。文献[5—7]在交流输出侧采用了工频隔

离变压器切断零序环流回路。文献[8—10]在直流

侧采用隔离直流电源切断零序环流回路。文献[11]

在直流侧采用隔离直流变换器切断零序环流回路。

文献[12—13]在同相桥臂之间采用抽头电抗来提

高零序阻抗，从而抑制零序环流。

(2)

戈o=(石。+戈b+戈。)／3。

式中：菇。为零序电压或电流；戈。为a相电压或电流；札

为b相电压或电流；戈。为c相电压或电流。由式(1)

和式(2)可得逆变器零序分量的平均状态方程为

，|：

(3)

￡。半=M。。_e0。

式中：i。。为零序环流；lL0n为逆变器输出零序电压；e。

为电网零序电压。由式(3)可得零序环流的频域模

型为

(4)

s￡。，0。(s)=Uo。(s)一Eo(s)。

由于上述方法均增加了系统成本、重量和体积，

所以文献[14—19]采用了输入输出直接并联的拓

扑结构。文献[14—15]采用零序环流滞环控制的

方法调节两个零电压矢量作用时间来限制零序环流

的大小，但是滞环宽度不易确定，载波频率低时零序

环流波动大，仅适用于采用不连续空间矢量调制方

式的逆变器。文献[16]通过控制从逆变器零序调

制电压与主逆变器零序调制电压相同来抑制零序环

流，该方法需要主从逆变器之间进行信息交换，从而

增加了通信信息量，并且没有对零序环流进行闭环

控制。文献[17]中一台逆变器对零序环流采用了

闭环控制，但是该方法不适用于两台以上逆变器并

联运行的情况，而且由于控制算法不同降低了逆变

器的通用性。文献[18—19]中两台三相逆变器对

零序环流都采用了闭环控制，但是当零序环流检测

误差存在直流分量时，零序调制电压会漂移，从而降

低了直流母线电压利用率，并且该方法只适用于

SPWM方式，从而限制了该方法的应用范围。

式中：，0。(s)为频域零序电流；Uo。(s)为频域逆变器

输出零序电压；E。(s)为频域电网零序电压。将

PWM零序调制电压和电网零序电压都定义为扰动，

则单个逆变器零序环流闭环控制模型如图2所示。

图1 两台逆变器直接并联拓扑结构

The _topologicalstructure of two direct

Fig．1

inverters

parallel

上述文献中的零序环流抑制方法都没有考虑扰

动的特性，通过分析可知，PWM零序调制电压为主

要扰动。由于该扰动为3倍于基波频率的周期性信

号Ⅲq¨ ，而谐振控制器可以消除与谐振频率相同频

率的扰动分量对闭环系统的影响，所以采用多谐振

控制器并联的结构对零序环流进行闭环控制。

图2逆变器零序环流闭环控制模型

Inverter zero

control model

current

sequence

Fig．2

closed-loop

1零序环流闭环控制模型

图2中，G。(s)为控制器传递函数；，o。为零序参

考电流，其值恒为零；UoM。为PWM零序调制电压；

t。为数字控制器采样、运算和PWM实现等的等效

延时。由图1可知，当单台逆变器独立工作时，

Uo。=Eo且10。=0。

为了降低系统成本、重量、体积以及提高系统可

靠性，潮流能发电三相逆变器采用输入输出直接并

联的拓扑结构，如图1所示。

由图1可得逆变器的平均状态方程为

一i

L。半=M。一e。，m=a，b，c；n=1，2，3，。(1)

当两台逆变器并联工作时，由图1可知，

(5)

(6)

，0。(s)+k(s)=0。

式中：￡。为滤波电感；i。。为滤波电感平均电流；“。

为逆变器输出平均电压；e。为电网平均电压；m为

a、b、c三相；n为逆变器编号。由式(1)可得逆变器

零序分量平均状态方程的变换公式为

由式(4)和式(5)可得零序电压值为

引牡垡訾掣。

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