[发明专利]三相-单相功率变流器的基于模型的电流控制

说明书

本公开涉及一种用于内部控制回路(21)的估计器(20)的方法，该内部控制回路(21)控制经由变压器(2)连接到AC功率电网(3)的三相‑单相变流器(1)。该方法包括：获得由变流器的内部控制回路产生的电压参考uRef的值；获得由变流器产生、并且在变流器与变压器之间测量的次级侧电流的值；获得由变流器产生、并且在电网与变压器之间测量的初级侧电流的值；以及获得在电网与变压器之间测量的初级侧电压的值。该方法还包括：基于所获得的电压参考的值、次级侧电流的值、初级侧电流的值和初级侧电压的值，来估计从电压参考产生的初级侧电流或次级侧电流iMeas的控制电流iCtrl分量，并将所估计的控制电流iCtrl*馈送到内部控制回路。

技术领域

本公开涉及借助于内部控制回路来控制三相-单相功率变流器的方法和设备。

背景技术

对于具有如16.7Hz、25Hz或50Hz频率的铁路交流(AC)系统，静止变频器(SFC)被用作电源解决方案。有功功率(P)不能被存储且必须通过SFC连续控制和完全传输。有功功率控制可以通过控制变流器有功电流来实现。此外，可以单独控制变流器两侧的电压(U)、无功功率(Q)和频率(f)。

通常该控制是通过在三相(公共电网)侧和单相(铁路电网)侧采用最先进的控制方法来实现。基于已知的dq坐标系的概念，一组外部控制回路设置了适当的电流参考以控制所测量的电流。随后内部控制回路的任务是决定：为了实现该电流，在基频下的变流器电压的适当的振幅和相位是多少。内部控制回路的动作能够基于从变压器的次级侧(向变流器)或从变压器的初级侧(向电网)进行的测量，该变压器位于变流器的任一侧、在变流器与三相电网或单相电网之间。随后，调制器(变流器动态)合成在基频处具有所需特性的变流器电压脉冲序列。

事实上，然而，由于在变流器中的半导体开关的接通或关断时间的多样性、时间分辨率问题等，实际出现在变流器端子处的变流器电压不可能完全符合其通过参考设定的理论值。这会导致流经变压器绕组的不期望的直流(DC)，最终使变压器达到饱和，继而保护功能使系统跳闸。

发明内容

为了缓解这种不期望的变压器饱和的影响，需要与内部控制回路并联运行的附加控制回路。两个控制回路(即快速内部控制回路和抗饱和控制回路)可能作用于同一个信号(变流器电压脉冲)，并且它们都测量它们的输出中的彼此动作的影响。这意味着，如果控制回路的两个控制器不断地试图校正彼此的动作，那么会有整个系统可能变得不稳定的风险。

此外，已经发现当从变压器的初级侧获取电流测量结果(在变流器的内部控制回路中被使用)时，振荡现象变得更加强烈，并且只有非常温和(tame)的控制能够帮助稳定系统。这是由于使用了具有高通行为的电流传感器(CT)获取来自初级侧的测量结果，这与次级侧测量相反，次级侧测量可以使用具有几乎全通特性的CT。然而，对于例如铁路联锁电力网(也称为轨道联锁电力网)应用，使用温和(tame)控制可能不是可接受的解决方案，并且因此需要另一种解决方案来克服上述问题。

除了上述控制回路，可以使用附加控制回路，例如，以应对短路故障穿越要求。对于铁路联锁电力网应用，这样的需求不断增加，并且因此传统的控制回路可能无法足够快速以应对这样的需求。

所有这些并联运行的控制回路/机构都可能对SFC控制性能造成风险。因此，为了在三相(例如公共配电)电网侧和单相(例如铁路)电网侧实现快速内部(闭合)回路控制，提供了借助于估计器的并联回路的解耦。

因此，为了应对连续增长的铁路联锁电力网应用需求，SFC必须能够进行较快且较高性能的内部(闭合)回路控制。由于现有控制架构的复杂性，并联控制回路/机构的相互作用已经被标识为SFC性能的潜在约束。还考虑到CT测量误差可能甚至进一步降低内部闭环控制性能，本文提出了一种新的控制途径。