[发明专利]一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧系统及方法

权利要求书

1.一种基于虚拟电压前馈控制的真空开关灭弧方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)由电压外环目标值给定单元采集逆变器直流电压瞬时值V_dc，设定电压外环目标给定值，用于实现基于逆变器直流电压瞬时值V_dc的电压外环控制；

1-1由电压外环目标值给定单元采集逆变器直流电压瞬时值V_dc，并将逆变器直流侧电压控制目标值V_DC作为电压外环目标给定值；

1-2将电压外环目标给定值V_DC与逆变器直流电压瞬时值V_dc做差，得到偏差ΔV；

1-3将上述步骤得到的ΔV在比例积分算法单元进行比例积分运算得到电压外环PI控制器的控制值V_PI，即：

其中K_P为比例系数，T_I为积分系数；

1-4使用电压角频率生成及计算单元中的锁相环模块对系统电源A、B、C三相的每一相的相电压瞬时值V_a、V_b、V_c进行检测，得到每相相电压的实时相位ω_A，ω_B，ω_C，并由正弦信号生成模块对所得实时相位进行计算，求其正弦值sin(ω_A)、sin(ω_B)、sin(ω_C)；

1-5将步骤1-3得到的V_PI分别与步骤1-4的sin(ω_A)、sin(ω_B)、sin(ω_C)相乘得到对应A，B，C三相的三个电流跟踪内环目标给定值I_A、I_B、I_C；

1-6将电流跟踪内环目标给定值I_A、I_B、I_C与逆变器三相交流输出电流瞬时值I_a、I_b、I_c做差，分别得到偏差ΔI_a、ΔI_b、ΔI_c，分别作为电流跟踪虚拟前馈控制算法单元的三个输入信号；

(2)由电流跟踪虚拟前馈控制算法单元实现电流跟踪内环和虚拟电压前馈控制，得到A、B、C三相的调制波信号；

2-1将由步骤1-6得到的ΔI_a、ΔI_b、ΔI_c分别进行比例积分运算，分别得到电流跟踪内环PI控制器的控制值，记作I_PIa、I_PIb、I_PIc，即：

其中K_P为比例系数，T_I为积分系数；

2-2将步骤1-4中得到的正弦值sin(ω_A)、sin(ω_B)、sin(ω_C)，分别与系统电源额定相电压峰值的V_Am、V_Bm、V_Cm相乘，并将得到的电压作为系统电源的虚拟电压，记作：V_Am sin(ω_A)、V_Bm sin(ω_B)、V_Cm sin(ω_C)；V_Am sin(ω_A)、V_Bm sin(ω_B)、V_Cm sin(ω_C)是根据系统电压相位计算所得，不会受到系统电源电压暂态畸变的影响，通过设定系数k1和k2的关系达到使逆变器交流输出具有电压源特性的目的；由于当开关产生的电弧具有阻感特性，流过电弧的电流会在电弧上产生暂态的电压，因此，通过具有电压源特性逆变器的电压源钳位作用将电弧能量快速吸收，最终实现了灭弧功能；

2-3将系统电源A、B、C三相的每一相的相电压瞬时值V_a、V_b、V_c乘以系数k1，将步骤2-2中得到的V_Am sin(ω_A)，V_Bm sin(ω_B)，V_Cm sin(ω_C)乘以系数k2，两部分分别相加，得到虚拟前馈电压，即：

V_AF＝k1×V_a+k2×V_Am sin(ω_A)

V_BF＝k1×V_b+k2×V_Bm sin(ω_B)

V_CF＝k1×V_c+k2×V_Cm sin(ω_C)

其中：k1+k2＝1；

2-4将步骤2-3中得到的V_AF，V_BF，V_CF与步骤2-1中得到的I_PIa，I_PIb，I_PIc相加，可得到灭弧算法的最终控制值，即逆变器三相输出所需要的调制波m_A、m_B、m_C，记作：

m_A＝(V_AF+I_PIa)，m_B＝(V_BF+I_PIb)，m_C＝(V_CF+I_PIc)；

(3)步骤(2)得到的调制波信号经过载波调制后，生成脉宽调制触发信号PWM_A、PWM_B、PWM_C分别作用在逆变器三相对应的各相桥臂上，此时，逆变器各相桥臂分别输出脉宽调制电压V_PWMA、V_PWMB、V_PWMC，该电压将与系统电源A、B、C三相的每一相的相电压瞬时值V_a、V_b、V_c分别共同作用在A、B、C三相的每一相的被控对象LCL滤波器上产生逆变器三相交流输出电流瞬时值I_a、I_b、I_c；

(4)调节步骤(3)得到的交流电流可以实现对逆变器直流电容充放电控制，进而实现了对逆变器直流电压瞬时值V_dc的控制。