一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统

摘要

本发明公开了一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统。本发明通过瞬时功率理论、小信号模型分析、叠加定理等方法有效地计算出电网电压前馈控制项和直流侧输出电流前馈控制项，基于此提出一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，所述方法采用直流输出电压和电网电压前馈控制技术，不仅能实现稳定的直流输出电压，且在电网电压波动的情况下，能实现输出电压零动态调节；进一步的，无论在电网电压平衡跌落或者不平衡跌落的情况下，采用本发明方法均能实现直流输出电压零动态调节，有效地提高了电流源变换器的供电质量，并且所述方法实现过程简单，具有极大的实际工程应用价值。

权利要求

1.一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取电流源变换器直流侧的直流侧输出参数以及直流侧输出电流前馈控制项；所述直流侧输出参数包括直流侧输出电压、直流侧输出电压参考值以及直流侧输出电流扰动量；

根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项；

所述根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项，具体包括：

根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项，采用公式计算直流侧输出电压误差项△u0；其中u0为直流侧输出电压，U0为直流侧输出电压参考值，为直流侧输出电流扰动量；Gif为直流侧输出电流前馈控制项；

其中，Gif为直流侧输出电流前馈控制项，Gid为电网电流扰动量对输出电压的影响传递函数，Gi0为输出电流扰动量对输出电压的影响传递函数；

所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值；

获取电流源变换器交流侧的三相电网电压；

根据所述三相电网电压确定电网电压相角；

根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流；

根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项；

所述根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项，具体包括：根据所述电流内环参考电流I*refα和I*refβ，采用公式 和公式分别计算αβ坐标系下的电流内环误差项△Iα和△Iβ；其中，△Iα和△Iβ分别为αβ坐标系下电流内环误差项的α轴分量和β轴分量；Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相电网电流的α轴分量和β轴分量； 和 分别为αβ坐标系下电网电压波动量的α轴分量和β轴分量；Gef为电网电压前馈控制项；

其中，Ldc为直流侧电感，Cdc为直流侧电容，R为负载电阻，s为拉普拉斯算子，m为调制度，Gef为电网电压前馈控制项，Ged为电网电压扰动量对输出电压的影响传递函数；

所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号；

对所述调制信号进行空间矢量调制，生成驱动信号；

采用所述驱动信号驱动所述电流源变换器的IGBT开关管工作。

2.根据权利要求1所述的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，其特征在于，所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值，具体包括：

所述直流侧输出电压误差项△u0经过PI调节器传递函数计算后，得到双闭环中的电流内环参考电流幅值Im；其中Gout(s)为PI调节器的电压外环传递函数；kup为PI调节器的比例环节调节器参数；kui为PI调节器的积分环节调节器参数；s为拉普拉斯算子。

3.根据权利要求2所述的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，其特征在于，所述根据所述三相电网电压确定电网电压相角，具体包括：对三相电网电压ua,ub,uc进行abc/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ；

对所述αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ进行αβ/dq变换，得到dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq；

根据所述dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq，利用锁相环得到电网电压相角θ。

4.根据权利要求3所述的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，其特征在于，所述根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流，具体包括：

根据所述电网电压相角θ和电流内环参考电流幅值Im，采用公式 和公式 分别计算αβ坐标系下的电流内环参考电流I*refα和I*refβ；I*refα和I*refβ分别为αβ坐标系下电流内环参考电流的α轴分量和β轴分量。

5.根据权利要求1所述的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，其特征在于，所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号，具体包括：所述αβ坐标系下的电流内环误差项△Iα和△Iβ经过PR调节器传递函数和 计算后，得

到αβ坐标系下的调制信号mα和mβ；其中mα和mβ分别为αβ坐标系下调制信号的α轴分量和β轴分量；Gin(s)为PR调节器的电流内环传递函数；kip为PR调节器的比例环节调节器参数；kir为PR调节器的谐振环节调节器参数；ω为角频率。

6.一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制系统，其特征在于，所述系统包括：直流侧输出参数获取模块，用于获取电流源变换器直流侧的直流侧输出参数以及直流侧输出电流前馈控制项；所述直流侧输出参数包括直流侧输出电压、直流侧输出电压参考值以及直流侧输出电流扰动量；

直流侧输出电压误差项计算模块，用于根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项；

所述直流侧输出电压误差项计算模块具体包括：直流侧输出电压误差项计算单元，用于根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项，采用公式 计算直流侧输出电压误差项△u0；其中u0为直流侧输出电压，U0为直流侧输出电压参考值，为直流侧输出电流扰动量；Gif为直流侧输出电流前馈控制项；

其中，Gif为直流侧输出电流前馈控制项，Gid为电网电流扰动量对输出电压的影响传递函数，Gi0为输出电流扰动量对输出电压的影响传递函数；

PI调节模块，用于所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值；

三相电网电压获取模块，用于获取电流源变换器交流侧的三相电网电压；

电网电压相角确定模块，用于根据所述三相电网电压确定电网电压相角；

电流内环参考电流计算模块，用于根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流；

电流内环误差项计算模块，用于根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项；

所述电流内环误差项计算模块具体包括：电流内环误差项计算单元，用于根据所述电流内环参考电流I*refα和I*refβ，采用公式和公式 分别计算αβ坐标系下的电流内环误差项△Iα和△Iβ；其中，△Iα和△Iβ分别为αβ坐标系下电流内环误差项的α轴分量和β轴分量；Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相电网电流的α轴分量和β轴分量； 和 分别为αβ坐标系下电网电压波动量的α轴分量和β轴分量；Gef为电网电压前馈控制项；

其中，Ldc为直流侧电感，Cdc为直流侧电容，R为负载电阻，s为拉普拉斯算子，m为调制度，Gef为电网电压前馈控制项，Ged为电网电压扰动量对输出电压的影响传递函数；

PR调节模块，用于所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号；

空间矢量调制模块，用于对所述调制信号进行空间矢量调制，生成驱动信号；

信号驱动模块，用于采用所述驱动信号驱动所述电流源变换器的IGBT开关管工作。

7.根据权利要求6所述的电流源变换器的零动态直流输出电压控制系统，其特征在于，所述PI调节模块具体包括：

PI调节单元，用于所述直流侧输出电压误差项△u0经过PI调节器传递函数计算后，得到双闭环中的电流内环参考电流幅值Im；其中Gout(s)为PI调节器的电压外环传递函数；kup为PI调节器的比例环节调节器参数；kui为PI调节器的积分环节调节器参数；s为拉普拉斯算子。

说明书

一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及变换器技术领域，特别是涉及一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统。

背景技术

[0002] 由于电网中各种负荷的非线性、冲击性和功率不平衡特性，可能会导致电网电压波动、闪变。此外，雷击等不利天气也会引起电网电压闪变和波动的发生，严重影响电流源
变流器直流侧输出电压和电网电流波形质量，损坏设备，增加维修维护设备的时间成本和
财产损失。因此，消除电网电压扰动对变流器的影响，实现在电网电压波动的情况下电流源
变换器输出稳定的直流电压具有重要意义。

[0003] Zhang等人在IEEE Journal of Emerging&Selected Topics in  Power Electronics发表的论文《Simplified model and control strategy of three‑phase 
PWM current source rectifiers for DC voltage power supply applications》中提出
一种三相电流源变换器直流电压控制方法，首先建立了系统简化模型，在此基础上提出一
种直流侧电压外环和交流侧电流内环加阻尼的控制方法，消除了输出CL滤波器引起的谐振
现象，实现了系统稳定直流电压输出，具有一定的工程应用价值。然而，该方案忽略了由于
电网电压波动造成的输出电压动态调节的问题。

[0004] Guo等人在IEEE Transactions on Industrial Electronics发表的论文《Advanced control of grid‑connected current source converter under unbalanced 
grid voltage conditions》中提出一种控制方法，通过直接控制直流侧的电压和电流，消
除了电网电压不平衡对系统的影响，实现了系统输出稳定的直流电压。然而，该方案只适用
于不平衡的电网电压情况下，当电网电压跌落时，该方案仍存在直流输出电压动态调节，影
响输出供电质量，致使用电设备停机乃至损坏。因此亟需开发一种电网电压波动下电流源
变换器的零动态直流输出电压控制方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统，以在电网电压平衡跌落或者不平衡跌落的情况下均能实现直流输出电压零动态调节，提高
电流源变换器供电质量。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，所述方法包括：

[0008] 获取电流源变换器直流侧的直流侧输出参数以及直流侧输出电流前馈控制项；所述直流侧输出参数包括直流侧输出电压、直流侧输出电压参考值以及直流侧输出电流扰动
量；

[0009] 根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项；

[0010] 所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值；

[0011] 获取电流源变换器交流侧的三相电网电压；

[0012] 根据所述三相电网电压确定电网电压相角；

[0013] 根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流；

[0014] 根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项；

[0015] 所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号；

[0016] 对所述调制信号进行空间矢量调制，生成驱动信号；

[0017] 采用所述驱动信号驱动所述电流源变换器的IGBT开关管工作。

[0018] 可选的，所述根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项，具体包括：

[0019] 根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项，采用公式计算直流侧输出电压误差项△u0；其中u0为直流侧输出电压，U0为直流
侧输出电压参考值，为直流侧输出电流扰动量；Gif为直流侧输出电流前馈控制项。

[0020] 可选的，所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值，具体包括：

[0021] 所 述 直 流 侧 输 出电 压 误 差 项 △ u 0 经 过 P I 调 节 器 传 递 函 数计算后，得到双闭环中的电流内环参考电流幅值
Im；其中Gout(s)为PI调节器的电压外环传递函数；kup为PI调节器的比例环节调节器参数；kui
为PI调节器的积分环节调节器参数；s为拉普拉斯算子。

[0022] 可选的，所述根据所述三相电网电压确定电网电压相角，具体包括：

[0023] 对三相电网电压ua,ub,uc进行abc/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ；

[0024] 对所述αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ进行αβ/dq变换，得到dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq；

[0025] 根据所述dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq，利用锁相环得到电网电压相角θ。

[0026] 可选的，所述根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流，具体包括：

[0027] 根据所述电网电压相角θ和电流内环参考电流幅值Im，采用公式I*refα＝Im×sin* * * *
(θ)和公式Irefβ＝Im×cos(θ)分别计算αβ坐标系下的电流内环参考电流Irefα和Irefβ；Irefα
*
和Irefβ分别为αβ坐标系下电流内环参考电流的α轴分量和β轴分量。

[0028] 可选的，所述根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项，具体包括：

[0029] 根 据 所 述 电 流 内 环 参 考 电 流 I * r e fα和 I * r e fβ，采 用 公 式和公式 分别计算αβ坐标系下
的电流内环误差项△Iα和△Iβ；其中，△Iα和△Iβ分别为αβ坐标系下电流内环误差项的α轴
分量和β轴分量；Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相电网电流的α轴分量和β轴分量； 和 分别
为αβ坐标系下电网电压波动量的α轴分量和β轴分量；Gef为电网电压前馈控制项。

[0030] 可选的，所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号，具体包括：

[0031] 所述αβ坐标系下的电流内环误差项△Iα和△Iβ经过PR调节器传递函数和
计算后，得到αβ坐标系下的调制信号mα
和mβ；其中mα和mβ分别为αβ坐标系下调制信号的α轴分量和β轴分量；Gin(s)为PR调节器的电
流内环传递函数；kip为PR调节器的比例环节调节器参数；kir为PR调节器的谐振环节调节器
参数；ω为角频率。

[0032] 一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制系统，所述系统包括：

[0033] 直流侧输出参数获取模块，用于获取电流源变换器直流侧的直流侧输出参数以及直流侧输出电流前馈控制项；所述直流侧输出参数包括直流侧输出电压、直流侧输出电压
参考值以及直流侧输出电流扰动量；

[0034] 直流侧输出电压误差项计算模块，用于根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项；

[0035] PI调节模块，用于所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值；

[0036] 三相电网电压获取模块，用于获取电流源变换器交流侧的三相电网电压；

[0037] 电网电压相角确定模块，用于根据所述三相电网电压确定电网电压相角；

[0038] 电流内环参考电流计算模块，用于根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流；

[0039] 电流内环误差项计算模块，用于根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项；

[0040] PR调节模块，用于所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号；

[0041] 空间矢量调制模块，用于对所述调制信号进行空间矢量调制，生成驱动信号；

[0042] 信号驱动模块，用于采用所述驱动信号驱动所述电流源变换器的IGBT开关管工作。

[0043] 可选的，所述直流侧输出电压误差项计算模块具体包括：

[0044] 直流侧输出电压误差项计算单元，用于根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项，采用公式 计算直流侧输出电压误差项△u0；其
中u0为直流侧输出电压，U0为直流侧输出电压参考值，为直流侧输出电流扰动量；Gif为直
流侧输出电流前馈控制项。

[0045] 可选的，所述PI调节模块具体包括：

[0046] PI调节单元，用于所述直流侧输出电压误差项△u0经过PI调节器传递函数计算后，得到双闭环中的电流内环参考电流幅值
Im；其中Gout(s)为PI调节器的电压外环传递函数；kup为PI调节器的比例环节调节器参数；kui
为PI调节器的积分环节调节器参数；s为拉普拉斯算子。

[0047] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0048] 本发明提供一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统，本发明通过瞬时功率理论、小信号模型分析、叠加定理等方法有效地计算出电网电压前馈控制项和
直流侧输出电流前馈控制项，基于此提出一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方
法，所述方法采用直流输出电压和电网电压前馈控制技术，不仅能实现稳定的直流输出电
压，且在电网电压波动的情况下，能实现输出电压零动态调节；进一步的，无论在电网电压
平衡跌落或者不平衡跌落的情况下，采用本发明方法均能实现直流输出电压零动态调节，
有效地提高了电流源变换器的供电质量，并且所述方法实现过程简单，具有实际的工程应
用价值。

附图说明

[0049] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。

[0050] 图1为本发明提供的电流源变换器的电路原理图；

[0051] 图2为本发明提供的电流源变换器前馈控制方案的控制原理图；

[0052] 图3为本发明提供的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法的控制原理图；

[0053] 图4为本发明提供的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法的流程图。

具体实施方式

[0054] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0055] 本发明的目的是提供一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统，以在电网电压平衡跌落或者不平衡跌落的情况下均能实现直流输出电压零动态调节，提高
电流源变换器供电质量。

[0056] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0057] 图1为本发明提供的电流源变换器的电路原理图。图1中Lf、Cf为电流源变换器交流侧的电感、电容，组成交流侧滤波器；Ldc、Cdc为直流侧电感、电容。S1～S6为IGBT开关管，DF为
续流二极管，R是负载电阻。n'为三相电网电压中性点，ua,ub,uc为三相电网电压，ia,ib,ic为
三相电网电流。N为交流侧滤波电容Cf公共点。p、n分别为电流源变换器上桥臂耦合点和下
桥臂耦合点。A、B、C分别为IGBT开关管S1～S6组成的桥臂结构的三个接入点。udc为电流源变
换器桥臂输出电压。iL为直流侧电感电流，i0为直流侧输出电流，u0为直流侧输出电压。

[0058] 图2为本发明提供的电流源变换器前馈控制方案的控制原理图，图3为本发明提供的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法的控制原理图。参见图2和图3，对于电流
源变换器，本发明首先对三相电网电压ua,ub,uc进行abc/αβ坐标变换，得在αβ坐标系下的电
网电压uα和uβ；然后再根据αβ/dq变换，得在dq坐标系下的电网电压ud和uq；再利用锁相环
PLL(Phase Locked Loop)得电网电压相角θ。然后结合θ，对三相电网电压ua、ub、uc和三相电
网电流ia、ib、ic进行坐标变换，得到ed、eq和id、iq，具体公式如下：

[0059]

[0060]

[0061] 其中ed为dq坐标系下三相电网电压的d轴分量，eq为dq坐标系下三相电网电压的q轴分量；id为dq坐标系下三相电网电流的d轴分量，iq为dq坐标系下三相电网电流的q轴分
量。θ为电网电压相角。ua、ub、uc分别为A、B、C三相的电网电压，ia、ib、ic分别为A、B、C三相的
电网电流。

[0062] 结合瞬时功率理论，对图1所示的三相电流源变换器进行数学建模分析，得到所述电流源变换器的瞬时功率数学模型如式(3)所示：

[0063]

[0064] 其中i0为直流侧输出电流，u0为直流侧输出电压，Cdc为直流侧电容值，Ldc为直流侧电感值。

[0065] 定义 为电网电压在dq轴下的电压扰动量， 为电网电流在dq轴下的电流扰动量， 为直流侧输出电压扰动量， 为直流侧输出电流扰动量。

[0066] 由于系统单位功率因数运行，因此无功分量及其小信号eq、iq、 通常为0，再对公式(3)所示瞬时功率数学模型进行小信号扰动，得到：

[0067]

[0068] 其中， 具体为三相电网电压扰动量在dq轴下的d轴分量和q轴分量；具体为三相电网电流扰动量在dq轴下的d轴分量和q轴分量。

[0069] 简化公式(4)，并进行拉普拉斯变换，结合叠加定理，可分别得出电网电压扰动量对输出电压的影响传递函数Ged、电网电流扰动量 对输出电压的影响传递函数Gid、以及
输出电流扰动量 对输出电压的影响传递函数Gi0，分别如下：

[0070]

[0071]

[0072]

[0073] 其中m为调制度，R为负载电阻值，s为拉普拉斯算子。

[0074] 根据上述分析提出本发明的电流源变换器前馈控制方案，其控制原理图如图2所示，图2中Gin(s)为电流内环传递函数，Gout(s)为电压外环传递函数， 为直流输出电压参
考值的扰动量，Gef为电网电压前馈控制项，Gif为直流侧输出电流前馈控制项。通常，Gout(s)
为PI调节器，而Gin(s)为PR调节器。由图2可以得出电流源变换器前馈控制的传递函数如式
(8)所示：

[0075]

[0076] 由式(8)可以得出影响直流输出电压的主要有三个因素：其一是直流输出电压参考值扰动 其二是电网电压扰动 其三是输出电流扰动 由于直流输出电压参考值
通常保持不变，其扰动量 为0，因此只要加入前馈控制项Gef和Gif，通过调整传递函数Gef
和Gif，使得公式(8)中 和 两项为0，
即可消除 和 对直流侧输出电压的影响，从而有效的实现直流输出电压零动态调节，保
证良好的正弦电网电流。由此得到前馈控制项Gef和Gif的表达式如下：

[0077]

[0078]

[0079] 基于上述电流源变换器前馈控制方案的控制原理，本发明提出一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，所述电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法的控
制原理如图3所示。具体见图3所示，前馈控制项Gef和Gif的输入量分别为电网电压扰动量
和输出电流扰动量 Gef的输出量为△Iα和△Iβ，Gif的输出量为△u0。对于应用位置，Gef应
用于电流源双闭环的电流内环PR调节器前，Gif应用于电流源双闭环的电压外环PI调节器
前。

[0080] 图4为本发明提供的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法的流程图。参见图3和图4，本发明提供的电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法具体包括：

[0081] 步骤401：获取电流源变换器直流侧的直流侧输出参数以及直流侧输出电流前馈控制项。

[0082] 如图3所示，所述直流侧输出参数包括直流侧输出电压u0、直流侧输出电压参考值U0以及直流侧输出电流扰动量 由公式(10)的推导可知，所述直流侧输出电流前馈控制项
Gif＝m。

[0083] 步骤402：根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项。

[0084] 定义 为电流源变换器在电网电压波动时直流侧输出电压波动量，其值为其中u0为直流侧输出电压，U0为电流源变换器直流侧输出电压参考值。计算直
流侧输出电压误差项△u0的具体公式如下：

[0085]

[0086] 其中，Gif为输出电流前馈控制项，其表达式为电流源变换器的调制度m。为直流侧输出电流扰动量。

[0087] 步骤403：所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值。

[0088] 将得到的直流侧输出电压误差项△u0经过一个PI调节器可得双闭环中电流内环参考电流幅值Im，具体公式如下：

[0089]

[0090] 其中Gout(s)为PI调节器的电压外环传递函数；kup为PI调节器的比例环节调节器参数；kui为PI调节器的积分环节调节器参数；s为拉普拉斯算子。

[0091] 步骤404：获取电流源变换器交流侧的三相电网电压。

[0092] 获取电流源变换器交流侧A、B、C三相电网电压ua,ub,uc，并定义 和 分别为在αβ坐标系下电网电压uα和uβ的波动量。

[0093] 步骤405：根据所述三相电网电压确定电网电压相角。

[0094] 对三相电网电压ua,ub,uc进行abc/αβ坐标变换，得在αβ坐标系下的电网电压uα和uβ；然后再根据αβ/dq变换，得在dq坐标系下的电网电压ud和uq；再利用锁相环PLL(Phase 
Locked Loop)得电网电压相角θ。

[0095] 即所述步骤404根据所述三相电网电压确定电网电压相角，具体包括：

[0096] 对三相电网电压ua,ub,uc进行abc/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ；

[0097] 对所述αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ进行αβ/dq变换，得到dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq；

[0098] 根据所述dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq，利用锁相环得到电网电压相角θ。

[0099] 步骤406：根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流。

[0100] 结合电网电压相角θ和电流内环参考电流幅值Im，计算得出在αβ坐标系下电流内* *
环参考电流Irefα和Irefβ，具体公式如下：

[0101] I*refα＝Im×sin(θ)   (13)

[0102] I*refβ＝Im×cos(θ)   (14)

[0103] 其中I*refα和I*refβ分别为αβ坐标系下电流内环参考电流的α轴分量和β轴分量。

[0104] 步骤407：根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项。

[0105] 计算在αβ坐标系下电流内环误差项△Iα和△Iβ，具体公式如下：

[0106]

[0107]

[0108] 其中，Iα和Iβ分别为αβ坐标系下的电网电流， 和 分别为αβ坐标系下的电网电压波动量。Gef为电网电压前馈控制项，其表达式为 其中Ldc为直流侧电感，m
为电流源变换器的调制度。具体的，△Iα和△Iβ分别为αβ坐标系下电流内环误差项的α轴分
量和β轴分量；Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相电网电流的α轴分量和β轴分量； 和 分别为
αβ坐标系下电网电压波动量的α轴分量和β轴分量。

[0109] 步骤408：所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号。

[0110] 将所得到的αβ坐标系下电流内环误差项△Iα和△Iβ经过PR调节器，可得αβ坐标系下的调制信号mα和mβ，具体公式如下：

[0111]

[0112]

[0113] 其中，Gin(s)为PR调节器传递函数，ω为角频率，kip为PR调节器比例环节调节器参数，kir为PR调节器谐振环节调节器参数。具体的，mα和mβ分别为αβ坐标系下调制信号的α轴
分量和β轴分量；Gin(s)为PR调节器电流内环传递函数；kip为PR调节器的比例环节调节器参
数；kir为PR调节器的谐振环节调节器参数；ω为角频率。

[0114] 步骤409：对所述调制信号进行空间矢量调制，生成驱动信号。

[0115] 将调制信号mα和mβ进行空间矢量调制，从而产生驱动信号S1～S6,驱动电流源变换器工作。

[0116] 步骤410：采用所述驱动信号驱动所述电流源变换器的IGBT开关管工作。

[0117] 将调制信号mα和mβ进行空间矢量调制，从而产生驱动信号S1～S6，驱动电流源变换器的IGBT开关管S1～S6工作，就可以达到有效消除电网电压波动对直流侧输出电压的影响，
实现直流输出电压零动态调节的作用。

[0118] 本发明公开的一种电网电压波动下电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，首先通过瞬时功率理论和小信号模型分析，找到影响直流输出电压的影响因素为电网
电压和输出电流，并求解出电网电压前馈项传递函数Gef和输出电流前馈项传递函数Gif；然
后计算出外环电压误差△u0为 将电压误差△u0经过一个PI调节器可得电网
电流内环参考电流幅值Im，结合电网电压相角θ和电流内环参考电流幅值Im，计算得出在αβ
* *
坐标系下的电流内环参考电流I refα和I refβ；然后计算电流内环误差信号△Iα和△Iβ，其分
别为 和 将所得到的αβ坐标系下电流内环误
差项△Iα和△Iβ经过PR调节器，可得αβ坐标系下的调制信号mα和mβ；将调制信号mα和mβ进行
空间矢量调制，产生驱动信号S1～S6，从而驱动电流源变换器。本发明提出的控制方法实现
了电网电压波动下，电流源变换器的零动态直流输出电压控制，同时确保系统电网电流正
弦度良好。采用本发明提出的零动态直流输出电压控制方法，通过前馈控制可以有效的消
除电网电压波动对直流侧输出电压的影响，实现直流输出电压零动态调节。此外，本发明提
出的控制方法电路结构简单，易于实现，具有极大的实际应用价值。

[0119] 基于本发明提供的一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法，本发明还提出一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制系统，所述系统包括：

[0120] 直流侧输出参数获取模块，用于获取电流源变换器直流侧的直流侧输出参数以及直流侧输出电流前馈控制项；所述直流侧输出参数包括直流侧输出电压、直流侧输出电压
参考值以及直流侧输出电流扰动量；

[0121] 直流侧输出电压误差项计算模块，用于根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项计算直流侧输出电压误差项；

[0122] PI调节模块，用于所述直流侧输出电压误差项经过PI调节器得到双闭环中的电流内环参考电流幅值；

[0123] 三相电网电压获取模块，用于获取电流源变换器交流侧的三相电网电压；

[0124] 电网电压相角确定模块，用于根据所述三相电网电压确定电网电压相角；

[0125] 电流内环参考电流计算模块，用于根据所述电网电压相角和电流内环参考电流幅值计算αβ坐标系下的电流内环参考电流；

[0126] 电流内环误差项计算模块，用于根据所述电流内环参考电流计算αβ坐标系下的电流内环误差项；

[0127] PR调节模块，用于所述电流内环误差项经过PR调节器得到αβ坐标系下的调制信号；

[0128] 空间矢量调制模块，用于对所述调制信号进行空间矢量调制，生成驱动信号；

[0129] 信号驱动模块，用于采用所述驱动信号驱动所述电流源变换器的IGBT开关管工作。

[0130] 其中，所述直流侧输出电压误差项计算模块具体包括：

[0131] 直流侧输出电压误差项计算单元，用于根据所述直流侧输出参数以及所述直流侧输出电流前馈控制项，采用公式 计算直流侧输出电压误差项△u0；其
中u0为直流侧输出电压，U0为直流侧输出电压参考值，为直流侧输出电流扰动量；Gif为直
流侧输出电流前馈控制项。

[0132] 所述PI调节模块具体包括：

[0133] PI调节单元，用于所述直流侧输出电压误差项△u0经过PI调节器传递函数计算后，得到双闭环中的电流内环参考电流幅值
Im；其中Gout(s)为PI调节器电压外环传递函数；kup为PI调节器的比例环节调节器参数；kui为
PI调节器的积分环节调节器参数；s为拉普拉斯算子。

[0134] 所述电网电压相角确定模块具体包括：

[0135] abc/αβ坐标变换单元，用于对三相电网电压ua,ub,uc进行abc/αβ坐标变换，得到αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ；

[0136] αβ/dq变换单元，用于对所述αβ坐标系下三相电网电压的α轴分量uα和β轴分量uβ进行αβ/dq变换，得到dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq；

[0137] 电网电压相角确定单元，用于根据所述dq坐标系下三相电网电压的d轴分量ud和q轴分量uq，利用锁相环得到电网电压相角θ。

[0138] 所述电流内环参考电流计算模块具体包括：

[0139] 电流内环参考电流计算单元，用于根据所述电网电压相角θ和电流内环参考电流* *
幅值Im，采用公式I refα＝Im×sin(θ)和公式Irefβ＝Im×cos(θ)分别计算αβ坐标系下的电流
* * * *
内环参考电流Irefα和Irefβ；Irefα和Irefβ分别为αβ坐标系下电流内环参考电流的α轴分量和
β轴分量。

[0140] 所述电流内环误差项计算模块具体包括：

[0141] 电流内环误差项计算单元，用于根据所述电流内环参考电流I*refα和I*refβ，采用公式 和公式 分别计算αβ坐标系
下的电流内环误差项△Iα和△Iβ；其中，△Iα和△Iβ分别为αβ坐标系下电流内环误差项的α
轴分量和β轴分量；Iα和Iβ分别为αβ坐标系下三相电网电流的α轴分量和β轴分量； 和 分
别为αβ坐标系下电网电压波动量的α轴分量和β轴分量；Gef为电网电压前馈控制项。

[0142] 所述PR调节模块具体包括：

[0143] PR调节单元，用于所述αβ坐标系下的电流内环误差项△Iα和△Iβ经过PR调节器传递函数 和
计算后，得到αβ坐标系下的调制信号mα
和mβ；其中mα和mβ分别为αβ坐标系下调制信号的α轴分量和β轴分量；Gin(s)为PR调节器的电
流内环传递函数；kip为PR调节器的比例环节调节器参数；kir为PR调节器的谐振环节调节器
参数；ω为角频率。

[0144] 本发明提出的零动态直流输出电压控制方法及系统，利用瞬时功率理论和小信号模型分析求解出影响直流输出电压的影响因素为电网电压和输出电流，并针对于这两个影
响因素，分别提出两个前馈控制项Gef和Gif，其传递函数分别为 和m，其中Ldc为电
流源变换器直流侧电感，R为输出负载，m为系统调制度，利用前馈控制项消除电网电压波动
对直流输出电压的影响，实现零动态直流输出电压的控制目标，解决了在电网电压发生闪
变或者波动的情况下电流源变换器输出电压波动的问题，实现了直流侧输出电压的零动态
调节，同时确保良好的电网电流波形质量。此外，本发明提出的控制方案电路结构简单，易
于实现，具有一定的工程应用价值。

[0145] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。

[0146] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。