CN102608468B - 一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，包括整流侧单元和与之相连的主控模块，所述主控模块包括交流电压电流传感器、直流电压传感器、直流电压控制模块、交流电压控制模块、无功功率控制模块、有功功率控制模块、内环电流控制模块、频率控制模块、二选一开关、三选一开关、第一加法器和第二加法器。本发明采用双闭环直接电流控制，基于换流站的dq模型分别控制d轴和q轴电流实现对有功和无功功率的分别控制，减小了控制环节的稳态误差，完善了控制环节的动态特性；本发明主电路拓扑结构简单，适用于中小功率系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力变换技术领域的试验系统，属于风电变流器控制领域，具体是一种用于测试变流器整流端输出的母线电压和电流特性以及功率控制特性，以获得较好的整流效果的试验系统。
背景技术
柔性直流输电技术利用电压源换流器和具有自关断能力的绝缘栅双极晶体，由于采用全控型电力电子器件IGBT作为开关器件，系统具有自关断电流的能力，可以工作在无源逆变方式，受端系统可以是无源网络；控制灵活方便，可以同时且分别独立地控制有功功率和无功功率；采用脉宽调制控制技术，开关频率相对较高。该技术很适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。由于风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍就是其间歇性和不确定性，而柔性直流输电技术可以有效解决其因不确定性而引发的谐波污染、电压间断和波形闪变等问题，是公认新能源接入电网的最好方式。
经对现有技术文献的检索发现，Poh Chiang Loh等人在IEEE TRANSACTIONS 0NPOWER ELECTRONICS期刊上发表的《Implementation and Control of DistributedPWM Cascaded Multilevel Inverters With Minimal Harmonic Distortion andCommon-Mode Voltage》(《具有最小谐波和共模电压的级联多电平PWM传输系统的实现和控制》)设计了一种多电平的PWM变流器，以DSP数字信号处理器为核心，通过将主电路、检测电路、触发电路和控制方法集成于一体，验证多电平系统触发算法。但该方案对于实际产品开发和测试还存在以下缺点：1)系统主电路部分采用星形连接，没有公共直流侧，给有功功率传输带来一定的困难；2)试验系统只为其触发算法验证设计，容量较小，使得试验系统向实际产品的转化存在一定困难；3)主电路为级联多电平结构，适用于高压大功率系统设计，对于中小功率系统，该结构过于复杂，系统成本过高。综上，该实验系统设计方案不能作为变流器产品设计开发和性能测试的通用平台，主电路拓扑结构过于复杂，不适用于中小功率系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，该试验系统主电路拓扑结构简单，适用于中小功率系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，包括整流侧单元和与之相连的主控模块，所述整流侧单元包括依次相连的隔离变压器、电抗器和变流器以及输入端接于隔离变压器和电抗器之间、输出端接地的滤波模块，隔离变压器与风电场交流系统相连，所述主控模块包括交流电压电流传感器、直流电压传感器、直流电压控制模块、交流电压控制模块、无功功率控制模块、有功功率控制模块、内环电流控制模块、频率控制模块、二选一开关、三选一开关、第一加法器和第二加法器，所述的内环电流控制模块包括PWM模块、锁相位模块、坐标变换模块、第一PI解耦算法模块、第二PI解耦算法模块、第三加法器和第四加法器，其中：
所述的交流电压电流传感器采集风电场交流系统的电流和电压，分别输入第一加法器、无功功率控制模块、有功功率控制模块、锁相位模块、坐标变换模块和频率控制模块；
所述的第一加法器根据输入的三相电压参考值和三相电压，计算得到三相电压误差值，输入交流电压控制模块；
所述的交流电压控制模块根据输入的三相电压误差值，计算得到第一无功电流，输入二选一开关的第一动态触点；
所述的无功功率控制模块根据输入的三相电流和电压和无功功率参考值，计算得到第二无功电流，输入二选一开关的第二动态触点；
所述的二选一开关选取第一无功电流或第二无功电流作为无功电流，通过其静态触点输入至第三加法器；
所述的直流电压传感器采集变流器两输出端间的直流电压，输入第二加法器；
所述的第二加法器根据输入的直流电压参考值和直流电压，计算得到直流电压误差值，输入交流直流电压控制模块；
所述的直流电压控制模块根据输入的直流电压误差值，计算得到第一有功电流，输入三选一开关的第一动态触点；
所述的频率控制模块根据输入的三相电流和电压以及频率参考值，计算得到第二有功电流，输入三选一开关的第二动态触点；
所述的有功功率控制模块根据输入的三相电流和电压以及有功功率参考值，计算得到第三有功电流，输入三选一开关的第三动态触点；
所述的三选一开关选取第一有功电流、第二有功电流或第三有功电流作为有功电流，通过其静态触点输入至第四加法器；
所述的锁相位模块根据输入的三相电压，检测风电场交流电压矢量的相位，输入坐标变换模块；
所述的坐标变换模块将三相电流变换到两相旋转坐标系下，得到无功、有功电流测量值，分别输入第三加法器和第四加法器；
所述的第三加法器根据输入的无功电流和无功电流测量值，计算得到无功电流误差值，输入第一PI解耦算法模块；
所述的第四加法器根据输入的有功电流和有功电流测量值，计算得到有功电流误差值，输入第二PI解耦算法模块；
所述的第一PI解耦算法模块根据输入的无功电流误差值，计算得到无功基波电压指令值，输入PWM模块；
所述的第二PI解耦算法模块根据输入的有功电流误差值，计算得到有功基波电压指令值，输入PWM模块；
所述的PWM模块得到基波电压指令值后，通过空间矢量脉宽调制，生产开关信号作用于变流器的三相桥路开关。
上述的一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，其中，所述的滤波模块包括依次串联的电阻和电容，所述的电阻的一端接地。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.采用双闭环直接电流控制，基于换流站的dq模型分别控制d轴和q轴电流实现对有功和无功功率的分别控制，减小了控制环节的稳态误差，完善了控制环节的动态特性。同时，解决了海上风电由于其间歇性和不确定性在并网过程中引发的谐波污染、电压间断和波形闪变等问题；
2.利用该试验系统，可以测试整流端输出的母线电压、电流特性以及功率控制特性，满足整流控制要求，且主电路拓扑结构简单，适用于中小功率系统。
附图说明
图1是本发明的原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，图中示出了本发明检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，包括整流侧单元和与之相连的主控模块1，整流侧单元包括依次相连的隔离变压器T、电抗器L和变流器4以及输入端接于隔离变压T和电抗器L之间、输出端接地的滤波模块2，隔离变压器T与风电场交流系统9相连，主控模块1包括交流电压电流传感器、直流电压传感器、直流电压控制模块、交流电压控制模块、无功功率控制模块、有功功率控制模块、内环电流控制模块3、频率控制模块、二选一开关6、三选一开关8、第一加法器5和第二加法器7，内环电流控制模块3包括PWM(脉冲宽度调制)模块、锁相位(PLL)模块、坐标变换模块35、第一PI(比例积分)解耦算法模块33、第二PI解耦算法模块34、第三加法器31和第四加法器32，其中：
交流电压传感器和电流传感器分别设于风电场交流系统9和隔离变压器T之间，采集风电场交流系统9的电流值ia1、ib1、ic1和电压值ua1、ub1、uc1；
第一加法器5将三相电压参考值ua1ref、ub1ref、uc1ref和三相电压ua1、ub1、uc1分别相减的三相电压误差值，输入交流电压控制模块；
交流电压控制模块根据输入的三相电压误差值，计算得到无功电流Iq1；
无功功率控制模块根据输入的电流值ia1、ib1、ic1和电压值ua1、ub1、uc1以及无功功率参考值Qref1，计算得到无功电流Iq2；
二选一开关6手动选取无功电流Iq1或无功电流Iq2作为无功电流Iq，并输入至第三加法器31；
直流电压传感器采集变流器两输出端间的直流电压值ud1，输入第二加法器7；
第二加法器7将直流电压参考值ud1ref减去直流电压值ud1得到直流电压误差值，输入交流直流电压控制模块；
直流电压控制模块根据输入的直流电压误差值，计算得到有功电流Id1；
频率控制模块根据输入的电流值ia1、ib1、ic1和电压值ua1、ub1、uc1以及频率参考值Fref1，计算得到有功电流Id2；
有功功率控制模块根据输入的电流值ia1、ib1、ic1和电压值ua1、ub1、uc1以及有功功率参考值Pref1，计算得到有功电流Id3；
三选一开关手动选取有功电流Id1、有功电流Id2或有功电流Id3作为有功电流Id，并输入至第四加法器32；
锁相位模块根据输入的三相电压值ua1、ub1、uc1，检测风电场交流电压矢量的相位θ，输入坐标变换模块35；
坐标变换模块35将三相电流变换到两相旋转坐标系下，得到无功电流测量值Iqm、有功电流测量值Idm，分别输入第三加法器31和第四加法器32；
第三加法器31将输入的无功电流Iq减去无功电流测量值Iqm得到无功电流误差值，输入第一PI解耦算法模块33；
第四加法器32将输入的有功电流Id减去有功电流测量值Idm得到有功电流误差值，输入第二PI解耦算法模块34；
第一PI解耦算法模块33输入的无功电流误差值，计算得到无功基波电压指令值Uq，输入PWM模块；
第二PI解耦算法模块34输入的有功电流误差值，计算得到有功基波电压指令值Ud，输入PWM模块；
PWM模块得到基波电压指令值Uq、Ud后，通过空间矢量脉宽调制，生产开关信号作用于变流器的三相桥路开关。
上述滤波模块包括依次串联的电阻和电容，电阻的一端接地。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (2)
1.一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，包括整流侧单元和与之相连的主控模块，所述整流侧单元包括依次相连的隔离变压器、电抗器和变流器以及输入端接于隔离变压器和电抗器之间、输出端接地的滤波模块，隔离变压器与风电场交流系统相连，其特征在于，所述主控模块包括交流电压电流传感器、直流电压传感器、直流电压控制模块、交流电压控制模块、无功功率控制模块、有功功率控制模块、内环电流控制模块、频率控制模块、二选一开关、三选一开关、第一加法器和第二加法器，所述的内环电流控制模块包括PWM模块、锁相位模块、坐标变换模块、第一PI解耦算法模块、第二PI解耦算法模块、第三加法器和第四加法器，其中：
所述的交流电压电流传感器采集风电场交流系统的电流和电压，电压分别输入第一加法器、无功功率控制模块、频率控制模块、锁相位模块和有功功率控制模块，电流分别输入频率控制模块、无功功率控制模块、有功功率控制模块、坐标变换模块；
所述的第一加法器根据输入的三相电压参考值和三相电压，计算得到三相电压误差值，输入交流电压控制模块；
所述的交流电压控制模块根据输入的三相电压误差值，计算得到第一无功电流，输入二选一开关的第一动态触点；
所述的无功功率控制模块根据输入的三相电流和电压和无功功率参考值，计算得到第二无功电流，输入二选一开关的第二动态触点；
所述的二选一开关选取第一无功电流或第二无功电流作为无功电流，通过其静态触点输入至第三加法器；
所述的直流电压传感器采集变流器两输出端间的直流电压，输入第二加法器；
所述的第二加法器根据输入的直流电压参考值和直流电压，计算得到直流电压误差值，输入直流电压控制模块；
所述的直流电压控制模块根据输入的直流电压误差值，计算得到第一有功电流，输入三选一开关的第一动态触点；
所述的频率控制模块根据输入的三相电流和电压以及频率参考值，计算得到第二有功电流，输入三选一开关的第二动态触点；
所述的有功功率控制模块根据输入的三相电流和电压以及有功功率参考值，计算得到第三有功电流，输入三选一开关的第三动态触点；
所述的三选一开关选取第一有功电流、第二有功电流或第三有功电流作为有功电流，通过其静态触点输入至第四加法器；
所述的锁相位模块根据输入的三相电压，检测风电场交流电压矢量的相位，输入坐标变换模块；
所述的坐标变换模块将三相电流变换到两相旋转坐标系下，得到无功、有功电流测量值，无功电流测量值输入第三加法器，有功电流测量值输入第四加法器；
所述的第三加法器根据输入的无功电流和无功电流测量值，计算得到无功电流误差值，输入第一PI解耦算法模块；
所述的第四加法器根据输入的有功电流和有功电流测量值，计算得到有功电流误差值，输入第二PI解耦算法模块；
所述的第一PI解耦算法模块根据输入的无功电流误差值，计算得到无功基波电压指令值，输入PWM模块；
所述的第二PI解耦算法模块根据输入的有功电流误差值，计算得到有功基波电压指令值，输入PWM模块；
所述的PWM模块得到基波电压指令值后，通过空间矢量脉宽调制，生产开关信号作用于变流器的三相桥路开关。
2.如权利要求1所述的一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验系统，其特征在于，所述的滤波模块包括依次串联的电阻和电容，所述的电阻的一端接地。
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| GR01 | Patent grant |