1.本发明涉及直流供电系统的技术领域，具体涉及一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法及装置。
背景技术：2.近年来，直流供电系统在智能楼宇、船舶、供电中心等领域得到了广泛应用，随着直流供电系统的功率等级不断提高和负载形式的不断多样化，其稳定性问题也日益得到重视。在实际应用过程中，由于逆变器交流侧的各类交流负载不断增加且多样性增强，同时逆变器与直流变换器的叠加使用可能会使得直流母线电压无法保持稳定，甚至出现大幅振荡现象，严重威胁到了直流供电系统的稳定性。
3.专利文献cn112838601a公开了一种基于锁相优化的柔直输电系统高频振荡抑制方法及系统，该方法通过在锁相环比例支路投入包含一阶低通滤波器、一阶高通滤波和增益调节系数的复合滤波环节，结合一定的参数配置原则实现柔性直流输电系统高频振荡的抑制。该方法无需增加柔性直流输电装备建造成本，但是该方法未考虑到影响输电系统稳定的因素还包括负载。
4.专利文献cn113224775a公开了一种柔性直流输电系统的中高频振荡自适应抑制方法，首先通过振荡频率检测装置检测振荡频率，然后调节柔性直流换流器电压前馈环节中的附加带滤波器参数进行振荡抑制；所述振荡频率检测装置根据换流器出口的三相电压测量值，基于多重滤波器形成的频率分布特性，快速检测振荡频率；所述检测振荡频率给定为带阻滤波器的中心频率，使得带阻滤波器可以快速跟踪系统振荡频率，进而通过调节带阻滤波器带宽和阻尼比等参数。该方法可以实现抑制中高频振荡自适应调节，但是仅适用于单一特性负载的自适应调节，无法解决多特性负载下的大功率供电系统自适应调节问题。
5.在实际应用过程中，有一些方法通过牺牲动态性能的方法来确保稳定性，如修改控制器参数等，也有通过引入外部设备的方法实现稳定，但会降低供电系统的功率密度和效率；此外还有直接使用滤波器构建反馈环节对系统进行调节，但是单一的反馈环节引入只针对一种特性的负载，如果替换或增加了其他特性的负载，则会导致当前反馈环节失效，同时也存在直流侧稳定和输出电能质量的矛盾，在大功率场合效果较差的问题。
技术实现要素：6.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，该方法无需额外引入外部设备，就能实现多种特性负载下直流供电系统的稳定运行。
7.一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，所述负载自适应型输入电压前馈方法适用于直流供电系统，所述直流供电系统的电压控制环路q轴上带有电压前馈环节与配套使用的自适应调节控制，所述自适应调节控制是以当前桥臂输出电流的q轴电
流分量变化为依据，对系统控制环节的park变换形式进行调控，保证叠加至q轴的电压前馈信号结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波，通过所述三相调制波利用spwm生成对应的驱动信号，重塑直流供电系统的逆变器输入阻抗。
8.本发明通过为电压控制环路q轴引入电压前馈环节与配套使用的自适应调节控制，以当前桥臂输出电流的q轴电流分量变化为依据，对系统控制环节的park变换形式进行调控，无需更换电压前馈环节，保证在任何特性负载下的电压前馈信号结合调控后的park变换形式都能生成有效的三相调制波，从而实现多种特性负载下直流供电系统的稳定运行。
9.具体的，所述系统控制环节包括电压环单环控制和电压电流双环控制。
10.优选的，所述电压前馈环节包括可调节中心频率的高通滤波器和动态增益系数，所述电压前馈环节以桥臂输入电压存在振荡作为引入信号，通过高通滤波器获取桥臂输入电压中的扰动分量，利用动态增益系数对所述扰动分量进行缩放处理，获得对应的电压前馈信号，将所述电压前馈信号叠加至q轴上。
11.优选的，所述高通滤波器采用二阶滤波器，其表达式如下：
[0012][0013]
式中，gf(s)表示高通滤波器表达式，ωn表示高通滤波器的中心频率，ξ表示阻尼系数，s表示复频率。
[0014]
具体的，所述高通滤波器的中心频率取值范围为振荡频率的1/10～1/5。
[0015]
优选的，所述动态增益系数的缩放调节大小是由输入电压等级，变换器功率等级以及输出侧电能质量共同决定，由于动态增益系数增大有利于改善直流供电系统的稳定性，但会恶化输出电能质量，因此需要同时考虑上述条件来约束调节大小，从而在不影响输出电能质量的情况下，实现直流供电系统的稳定运行。
[0016]
具体的，所述动态增益系数的缩放调节大小设有上限值，所述上限值是选取缩放调节后输出电流thd值满足小于5％中最大的动态增益系数。
[0017]
优选的，所述自适应调节控制以当前桥臂输出电流的q轴电流分量为正作为控制信号，对park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数进行正负号切换，保证输出的q轴电流分量始终为负：
[0018]
当q轴电流为负值时，则保持当前的park变换形式；
[0019]
当q轴电流为正值时，则切换park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数正负号。
[0020]
具体的，所述系统控制环节的park变换形式，其具体表达式如下：
[0021]
[0022][0023]
其中，t
abc/dq
表示park变换形式，表示park反变换形式，表达式中带有正负号的系数为q轴分量对应的矩阵系数。
[0024]
具体的，所述负载自适应型输入电压前馈方法的具体过程如下：
[0025]
步骤1、采集桥臂输入电压，通过fft法对输入电压进行分析：
[0026]
若输入电压存在振荡，则提取输入电压中的振荡分量；
[0027]
若输入电压不存在振荡，则不执行后续步骤的调节；
[0028]
步骤2、根据步骤1提取获得的振荡分量，通过高通滤波器对存在振荡的输入电压进行分离，获得对应的扰动分量；
[0029]
步骤3、将步骤2获得的扰动分量通过动态增益系数进行缩放调节，获得对应的电压前馈信号；
[0030]
步骤4、采集桥臂输出电流，判断当前q轴电流的正负，对系统控制环节的park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数进行调控；
[0031]
步骤5、将步骤4获得的电压前馈信号叠加至q轴上，并结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波；
[0032]
步骤6、根据步骤5获得的三相调制波，采用spwm生成对应的驱动信号，对逆变器输入阻抗进行重塑。
[0033]
本发明还提供了一种负载自适应型输入电压前馈装置，包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机存储器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序，所述计算机存储器中执行上述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法；所述计算机处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：采集当前桥臂输出电流与桥臂输入电压，根据负载自适应型输入电压前馈方法进行分析计算，获得基于三相调制波通过spwm生成的驱动信号。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0035]
(1)采用电压前馈环节，避免供电系统因增设外部设备降低了功率密度和效率。
[0036]
(2)通过电压前馈环节与自适应调节控制相结合的方式，对系统控制环路的park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数进行调控，保证电压前馈始终有效，从而实现直流供电系统对不同负载的自适应动态稳定。
附图说明
[0037]
图1为本实施例提供的一种直流供电系统的示意图；
[0038]
图2为本发明提供的一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法的流程示意图；
[0039]
图3为本实施例提供的负载自适应型输入电压前馈装置的电压前馈引入示意图。
具体实施方式
[0040]
如图1所示，为本实施例提供的直流供电系统示意图。该系统包括用于提供电源电压的直流母线，母线两侧分别并联有多个带有emi滤波器的逆变器和变换器，以及终端可更换的直流负载，其中，该系统电压控制环路q轴上带有电压前馈环节与配套使用的自适应调节控制，该电压前馈环节用于对电压控制环路q轴叠加电压前馈信号，而该自适应调节控制是以当前桥臂输出电流的q轴电流分量变化为依据，对系统控制环节的park变换形式进行调控，保证叠加至q轴的电压前馈信号结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波，通过该三相调制波利用spwm生成对应的驱动信号，重塑直流供电系统的逆变器输入阻抗。
[0041]
如图2所述，一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，包括：
[0042]
步骤1、采集桥臂输入电压，通过fft法对输入电压进行分析：
[0043]
若输入电压存在振荡，则提取输入电压中的振荡分量；
[0044]
若输入电压不存在振荡，则不执行后续步骤的调节；
[0045]
步骤2、根据步骤1提取获得的振荡分量，通过高通滤波器对存在振荡的输入电压进行分离，获得对应的扰动分量，其中，高通滤波器的表达式如下：
[0046][0047]
式中，gf(s)表示高通滤波器表达式，ωn表示高通滤波器的中心频率，ξ表示阻尼系数，s表示复频率，本实施例中ωn取值范围为振荡频率的1/10～1/5，ξ取值为0.707；
[0048]
步骤3、将步骤2获得的扰动分量通过动态增益系数进行缩放调节，获得对应的电压前馈信号；
[0049]
其中，动态增益系数的缩放调节大小是由输入电压等级，变换器功率等级以及输出侧电能质量共同决定的，动态增益系数增大有利于改善直流侧稳定性，但会恶化输出电能质量，因此在调整放大倍数时，应遵循由小到大的原则，在保证输出电能质量的情况下进行参数调整，具体为通过采输出电流信号可获取输出电流thd值，选取满足thd值《5％的最大电流thd值作为上限约束，由此作为约束判定此时放大倍数选取是否合理，其中放大倍数初值一般选取为1。
[0050]
若输出电能质量不达标，则说明此时放大倍数过大，应以步长0.5减小放大倍数，若母线电压振荡无变化，则以步长3增大放大倍数，若母线电压出现收敛趋势且输出电能质量达标，则保持放大倍数不变；
[0051]
若最终母线电压趋于稳定，电压纹波在正负0.5v以内，则认定该组参数有效，退出调整。
[0052]
步骤4、采集桥臂输出电流，判断当前桥臂输出电流的q轴电流分量正负：
[0053]
当q轴电流为负值时，则保持当前的park变换形式；
[0054]
当q轴电流为正值时，则切换park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数正负号，保证输出的q轴电流分量始终为负；
[0055]
其中，系统控制环路的park变换形式的具体表达式如下：
[0056][0057][0058]
其中，t
abc/dq
表示park变换形式，表示park反变换形式，表达式中带有正负号的系数为q轴分量对应的矩阵系数。
[0059]
步骤5、将步骤4获得的电压前馈信号叠加至q轴上，并结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波；
[0060]
步骤6、根据步骤5获得的三相调制波，采用spwm生成对应的驱动信号，对逆变器输入阻抗进行重塑。
[0061]
本实施例还提供了一种负载自适应型输入电压前馈装置，包括计算机存储器、计算器处理器以及存储在该计算机存储器中并可在该计算机处理器上执行的计算机程序，该计算机存储器中执行上述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法。
[0062]
该计算机处理执行该计算机程序时实现以下步骤：
[0063]
采集桥臂输入电压u
dc
，然后通过电压前馈环节中的动态增益系数kq与高通滤波器gq生成对应的电压前馈信号，同时判断当前桥臂输出电流的q轴电流正负，对系统控制环节park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数进行正负切换，保证输出的q轴电流分量始终为负，将生成的电压前馈信号叠加至q轴后结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波，并利用spwm生成对应的驱动信号，重塑逆变器输入阻抗，从而实现了实现多种特性负载下直流供电系统的稳定运行。
技术特征：1.一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，所述负载自适应型输入电压前馈方法适用于直流供电系统，其特征在于，所述直流供电系统的电压控制环路q轴上带有电压前馈环节与配套使用的自适应调节控制，所述电压前馈环节用于对电压控制环路q轴叠加电压前馈信号，所述自适应调节控制是以当前桥臂输出电流的q轴电流分量变化为依据，对系统控制环节的park变换形式进行调控，保证叠加至q轴的电压前馈信号结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波，通过所述三相调制波利用spwm生成对应的驱动信号，重塑直流供电系统的逆变器输入阻抗。2.根据权利要求1所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述电压前馈环节包括可调节中心频率的高通滤波器和动态增益系数，所述电压前馈环节以桥臂输入电压存在振荡作为引入信号，通过高通滤波器获取桥臂输入电压中的扰动分量，利用动态增益系数对所述扰动分量进行缩放处理，获得对应的电压前馈信号，将所述电压前馈信号叠加至q轴上。3.根据权利要求2所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述高通滤波器采用二阶滤波器，其表达式如下：式中，g
f
(s)表示高通滤波器表达式，ω
n
表示高通滤波器的中心频率，ξ表示阻尼系数，s表示复频率。4.根据权利要求2所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述高通滤波器的中心频率取值范围为振荡频率的1/10～1/5。5.根据权利要求2所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述动态增益系数的缩放调节大小是由输入电压等级，变换器功率等级以及输出侧电能质量共同决定。6.根据权利要求5所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述动态增益系数的缩放调节大小设有上限值，所述上限值是选取缩放调节后输出电流thd值满足小于5％中最大的动态增益系数。7.根据权利要求1所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述自适应调节控制以当前桥臂输出电流的q轴电流分量为正作为控制信号，对park变换形式中q轴分量对应的矩阵系数进行正负号切换，保证输出的q轴电流分量始终为负。8.根据权利要求1所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，其特征在于，所述系统控制环节的park变换形式，其具体表达式如下：
其中，t
abc/dq
表示park变换形式，表示park反变换形式，表达式中带有正负号的系数为q轴分量对应的矩阵系数。9.一种负载自适应型输入电压前馈装置，包括计算机存储器、计算机处理器以及存储在所述计算机存储器中并可在所述计算机处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机存储器中执行如权利要求1-8任一所述的基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法；所述计算机处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：采集当前桥臂输出电流与桥臂输入电压，根据负载自适应型输入电压前馈方法进行分析计算，获得基于三相调制波通过spwm生成的驱动信号。
技术总结本发明公开一种基于坐标变换的负载自适应型输入电压前馈方法，直流供电系统的电压控制环路q轴上带有电压前馈环节与配套使用的自适应调节控制，电压前馈环节用于对电压控制环路q轴叠加电压前馈信号，自适应调节控制是以当前桥臂输出电流的q轴电流分量变化为依据，对系统控制环节的park变换形式进行调控，保证叠加至q轴的电压前馈信号结合调控后的park变换形式生成有效的三相调制波，通过三相调制波利用SPWM生成对应的驱动信号，重塑直流供电系统的逆变器输入阻抗。本发明还提供了一种负载自适应型输入电压前馈装置。本发明提供的方法无需额外引入外部设备，就能实现多种特性负载下直流供电系统的稳定运行。下直流供电系统的稳定运行。下直流供电系统的稳定运行。
技术研发人员：张欣 金思聪 马皓 王孝强
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
