逆阻IGCT电流源型换流器功率解耦控制与低频载波调制技术
逆阻IGCT电流源型换流器功率解耦控制与低频载波调制技术
在高压直流输电技术中，可控电流源型换流器（Current Source Converter, CSC）的控制策略对于系统的稳定运行至关重要。本文提出了一种基于定直流电压的功率非线性解耦控制策略，旨在解决换流器有功和无功功率的耦合问题。通过推导换流器有功和无功功率的耦合数学方程，我们揭示了换流器交直流系统有功和无功动态交换的机理，并明确了在直流电压和调制比约束下的功率运行区间。这种控制策略实现了直流电压、有功和无功功率的独立调节，突破了传统换流器控制系统对于“直流恒定电流”的控制架构限制。通过降低直流电抗，提高了系统的调节速度，并降低了电抗器研制的难度，使得直流电抗从“亨级”降低了50%以上。
为了进一步提高换流器的效率和性能，本文基于双重傅里叶数学分析理论，提出了150Hz“奇数倍”特定载波频率的可调饱和度的宽域正弦脉宽调制（SPWM）新方法。这种方法揭示了桥臂开关组合“零状态”消除原理与桥臂之间电流换相机理，并推导了阀开通和关断暂态过程的数学方程。通过认知换相瞬态电路突变引起的能量再分配机理，我们获得了桥臂之间瞬态电压耦合规律，解决了桥臂直通导致的阀出口直流电压大幅跌落的问题。与传统调制方法相比，开关频率的降低和直流电压利用率的提高，使得损耗降低了72%以上，阀电压变化率降低了32%。
在大规模串联可关断器件的应用中，静态和动态电压不均衡是一个普遍存在的问题。为了解决这一问题，本文提出了基于变频滞环控制的“等效电容电压钳位式”串联均压电路。通过分析规模化串联可关断器件静态和动态电压不均衡的原因，我们在传统电阻、电容和二极管（RCD）缓冲电路中并联插入二极管和电容电压控制电路，实现了电压斜率控制、微秒级阻抗投切以及隔离电容电压的有源钳位。这种技术有效降低了串联逆阻IGCT在阀关断过程中等效阻抗差异造成的均压难度，实验表明关断不一致性小于7.8%，解决了传统缓冲电路电容参数和电阻功率取值矛盾的问题，避免了缓冲电路阻尼系数过小引起的暂态振荡风险，电阻功率降低至13%。
可控电流源型换流器控制逻辑模拟
以下是可控电流源型换流器的控制逻辑模拟代码：
import numpy as np
# 换流器参数
V_dc = 1000 # 直流电压
I_max = 500 # 最大电流
P_set = 300000 # 有功功率设定值
Q_set = 100000 # 无功功率设定值
# 控制参数
Kp = 0.1 # 比例系数
Ki = 0.01 # 积分系数
# 初始状态
I_actual = 0 # 实际电流
P_actual = 0 # 实际有功功率
Q_actual = 0 # 实际无功功率
error_P = P_set # 有功功率误差
error_Q = Q_set # 无功功率误差
integral_P = 0 # 有功功率积分
integral_Q = 0 # 无功功率积分
# 控制循环
for t in range(1000):
# 模拟功率变化
P_actual = P_set * (1 - np.random.rand())
Q_actual = Q_set * (1 - np.random.rand())
# 计算误差
error_P = P_set - P_actual
error_Q = Q_set - Q_actual
# 积分累积
integral_P += error_P * 0.01
integral_Q += error_Q * 0.01
# 控制策略
I_reference = Kp * error_P + Ki * integral_P
V_reference = Kp * error_Q + Ki * integral_Q
# 限制输出
I_reference = max(0, min(I_reference, I_max))
V_reference = max(0, min(V_reference, V_dc))
# 更新实际电流
I_actual += (I_reference - I_actual) * 0.1
# 打印状态
print(f"Time: {t}, I_actual: {I_actual:.2f}, V_reference: {V_reference:.2f}")
本文内容来源于CSDN博客，作者在电力电子领域具有丰富的经验，擅长数据搜集与处理、建模仿真、程序设计、仿真代码、论文写作与指导，毕业论文、期刊论文经验交流。