[发明专利]一种双交流母线并网变换器的电路结构及其谐波补偿方法

权利要求书

1.一种双交流母线并网变换器的电路结构，其特征在于，由上层功率单元和下层功率单元及其各自的滤波器组成；其中上层功率单元放置在高压交流母线和低压交流母线之间，上层功率单元的一侧连接上层功率单元滤波器的输入侧，另一侧连接下层功率单元滤波器的输出侧；下层功率单元连接下层功率单元滤波器的输入侧；上层功率单元滤波器的输出侧连接6kV/10kV电网；下层功率单元滤波器的输出侧作为低压交流母线，低压交流母线上带有本地负载；每个滤波器上均安装有检测装置，用于检测滤波器中电感的电流和电容上的电压；

2.根据权利要求1所述一种双交流母线并网变换器的电路结构，其特征在于，所述的上层功率单元和下层功率单元均由级联H桥组成；每个H桥的直流母线连接到分布式电源或负载上，相邻两个H桥单元的输出侧串联连接。

3.根据权利要求1所述一种双交流母线并网变换器的电路结构，其特征在于，下层功率单元滤波器是LC滤波器，LC滤波器的电感和电容为L₁和C₁。

4.根据权利要求1所述一种双交流母线并网变换器的电路结构，其特征在于，上层功率单元滤波器是LCL滤波器，LCL滤波器的串联电感器为L₂和L₃，滤波电容器的电容为C₂。

5.一种双交流母线并网变换器电路结构的谐波补偿方法，基于权利要求1所述双交流母线并网变换器的电路结构，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测量上层和下层功率单元滤波器中电感的电流和电容上的电压，将检测到的值送给控制器；

步骤2：控制器收集每个电池的直流电源的信息，包括电池的可用功率和电池的SOC；由功率管理单元确定从接口变换器系统到主电网的有功和无功率传输的参考值；在此基础上，得到参考电网电流，并将参考电网电流与高压交流母线相位角θ_pcc同步为：

其中I_3,ref,α和I_3,ref,β是两轴静止坐标系中的参考电网电流；θ_pcc是由基于二阶广义积分器的锁相环获得的电网电压相角；E_PCC是测量得到的PCC电压幅值，P_ref和Q_ref是高压电网的输出有功和无功功率参考值；

下层单元交流母线供电参考电压V_ref1与上层单元PCC电压V_PCC同步；给出两轴静止坐标系中的瞬时参考电压V_ref1,α和V_ref1,β：

V_ref1,α＝E_Lower·cos(θ_pcc) (3)

其中e_Lower是下层单元参考电压的大小；

步骤3：在确定参考电流和参考电压时，采用双环电流和电压控制器进行电流和电压跟踪；

下层单元的电压控制器(VCM)的外环电压环的输出为：

其中V_ref1,αβ是静止参考坐标系中的参考电压；k_p1是比例增益，k_i1,h是h阶的准比例谐振控制器增益，ω_c为准比例谐振控制器的截止频率，ω₀是基频(弧度单位)，s表示拉普拉斯算子，V_c1,αβ表示静止参考坐标系中的低压交流母线的电压值，I_1,ref,αβ为外部控制回路的参考电流；

然后，对内部电流I_1,αβ跟踪采用比例控制：

其中k_p2为比例增益，I_1,ref,αβ为外部控制回路的参考电流，I_1,αβ为下层功率单元内部电流，V_out1,αβ为下层单元的输出电压参考给PWM调制；

同样，对于上层功率单元需要计算三相参考电网电流，进行双环电流控制(CCM)，外环和内环的输出分别如下所示：

其中k_p3是上层单元电网电流I_3,αβ控制的外控制回路的比例增益，k_i2,h是h阶的准比例谐振控制器增益，I_3,ref,αβ表示静止参考坐标系中的电网电流的参考值，s表示拉普拉斯算子，ω_c为准比例谐振控制器的截止频率，ω₀是基频(弧度单位)，k_p4是内部电流I_2,αβ控制回路的比例增益，V_out2,αβ是上层单元PWM调制的输出电压基准，I_2,ref,αβ为静止参考坐标系中上层功率单元输出电流的参考电流；

步骤4：将两轴静止参考系中的公式(6)中的电压转换为三相参考系，并将零序电压添加到下层功率单元之间的相间功率流控制中：

其中V_out1,a,V_out1,b,和V_out1,c是下层功率单元PWM调制的参考电压；V_0,lower是下层功率单元间相间潮流的零序电压；

与下层单元的相间潮流相似，上层单元的参考电压也被转化为三相参考系并将相间功率的零序电压注入如下：

其中V_out2,a,V_out2,b,andV_out2,c是用于上功率单元PWM调制的参考电压；同样，V_0,upper是上层单元相间功率流的零序电压；

步骤5：在得到了双环电流和电压控制器的参考电压后，按照正弦脉宽调制(SPWM)或者空间矢量脉宽调制(SVPWM)，与三角波进行比较，得到开关管的占空比信号，从而控制变流器开关管的开通与关断。