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储能变流器控制方案的研究

摘要：储能变流器是用于连接直流系统和交流系统之间的能量变换的控制器

件，它能将交流电压整流滤波后成为直流电压，给列车使用或者给蓄电池充电，

同时它也能将直流能量通过逆变转换为交流电压继续给负载或者电网供电，储能

变流器的控制方法包括了逆变控制与整流控制两个部分，本论文主要解决在大功

率变流器如何使能量双向流动的问题，同时在逆变时能使用功率因数可调，获得

更好的电能质量。通过MATLAB以及实验论证控制以及拓扑的可行性。

关键词：PID控制；DQ变换；MATLAB

0前言

对于目前的轨道交通设备而言在列车运行时需要从电网获取能量后经过整流

给电机使用，地铁再生制动能量的吸收方式主要有电阻

消耗、逆变回馈、飞轮储能等。其中，以逆变方式作为能量回馈变流器节能

效果显著，但是对于电力电子设备而言，其需要在整流以及逆变过程中来回切换

控制策略，对控制策略以及设备的反应要求较高，因此本文提出一种储能变流器

的控制策略，使电力电子设备能在整流以及逆变中均能可靠运行。通常情况下，

变流器包括功率器件，控制电路，驱动电路，以及连接功率器件与交流系统的滤

波器等若干单元组成；逆变器控制策略中，在此应用的是PID控制算法，其控制

效果良好，同时易于编程与控制。

1储能变流器控制原理

1.1逆变部分控制原理

如图1所示，在逆变控制中首先对交流侧电压进行采样，将采样的电压进行

PLL锁相得到参考相角，同时对其进行DQ变换；之后对交流电流进行采样，对交

流电流进行DQ变换，之后将电流变换后的数值与参考数值进行比较得到偏差，

根据偏差由PID控制器对调节点反馈DQ值与参考DQ值进行闭环的PID调节，输

出其电流DQ参考值，将电流DQ参考值与电压DQ计算值比较运算，得出输出DQ

分量的参考值。

图2逆变器控制逻辑图

Figure2Invertercontrollogicdiagram

DQ变换计算公式在此不再赘述，其表达式如下

2-1）

（

DQ反变换计算公式如下：若需要将旋转坐标系转化到静止坐标系上，只需相

应的将d-q向投影即可，可以得到：

2-2）

（

由上述对DQ变换的公式可知，其D轴分量相当于有功分量，Q轴分量相当于

无功分量，DQ两轴的给定数值是通过输入功率因数计算得到的。将ABC三相电流

的参考值输入到SPWM控制器进行调制或者输入到SVPWM控制器进行调制，便可

获得PWM波将调制得到的PWM波输入到驱动电路中得到足以驱动IGBT的信号，

从而驱动IGBT导通。

其逆变电流与逆变电压如图3所示，其给定输

入功率因数为0.6，输出亦为0.6左右，可见其控制

满足功率因数可控的控制目的。同时其电流无太大波动，电压也没太大波动，满

足稳定运行条件。

图3电压波形以及功率因数

Figure3Voltagewaveformandpower

factor

1.2整流部分控制策略

整流控制的策略是首先对交流侧电流进行采样，同时将采样的电流进行DQ

变换，根据偏差由传统PID调节获得相关数据，再对直流电压采样，根据直流电

压与给定直流电压的偏差输