CN102916437B - 一种并网变流器软并网方法 - Google Patents

一种并网变流器软并网方法 Download PDF

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张海龙
刘刚
梁燕
肖鹏
李海鲲
王林
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许继电气股份有限公司
国家电网公司
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Abstract

本发明的目的是提供一种并网变流器软并网方法,本发明的发明点主要在于:1,滤波电容电压同步闭环控制,并且增加电流内环控制;2直流预充电回路的隔离与升压;本发明在不增加很大的硬件复杂度的基础上,实现无冲击并网,弥补传统软并网方法的不足,提高并网变流器的可靠性。

Description

一种并网变流器软并网方法
技术领域
[0001] 本发明涉及并网变流器的软并网领域。
背景技术
[0002] 随着世界能源危机和环境污染的日益恶化,以风能、太阳能为代表的新能源的大规模开发和利用已经成为缓解能源和环境危机的迫切需求。随着电力电子技术的发展,新能源的并网接入多采用PWM并网变流器,其直流侧为直流支撑电容以稳定直流母线电压,交流侧多采用LCL滤波器以抑制高频谐波电流,使馈入电网的能量满足电能质量要求。
[0003] 并网变流器作为新能源与电网之间的关键纽带,是智能电网建设中网源协调的关键设备,无冲击并网,与电网无缝接入,已成为电网友好型并网变流器的必然要求。如图1所示的一种并网系统,包括并网逆变器,并网逆变器依次通过LCL滤波器、断路器QF连接到交流电网;并网系统还包括直流预充电回路:交流电压从电网、软启动接触器KM、软启动电阻连接到整流桥输入端,整流器输出端连接并网逆变器直流侧的直流母线上。直流预充电回路为直流母线进行预充电。
[0004] 由于软启限流电阻的影响,导致直流母线充电最大电压,仍低于理论值;与此同时,若LCL滤波器中交流滤波电容中无与电网同幅、同频、同相交流电压建立,并网断路器合闸瞬间,会产生较大的并网冲击电流,甚至会引起交流过压、过流保护,一方面对电网造成了冲击,同时降低并网变流器的可靠性,影响装置寿命。
[0005] 所以现有技术存在以下不足之处:
[0006] 1,直流软启限流电阻的影响,限制了直流预充电的最高电压;
[0007] 2,交流滤波电容与电网电压同步,采用开环控制,幅值与相位与电网电压仍有一定的偏差,且断路器合闸后,存在开环控制死区,直流母线电容较小的情况下,造成母线电压泵升;
[0008] 3,断路器合闸前,交流滤波电容开环同步的过程中,由于LCL滤波器寄生电阻的影响,直流母线电压被进一步拉低;
[0009] 4,滤波电容同步完成后,断路器合闸后,软启接触器断开前的时间内,软启回路与主回路之间存在很大的高频零序环流,降低软启回路的可靠性和寿命。
发明内容
[0010] 本发明的目的是提供一种新型的并网变流器软并网方法,在不增加很大的硬件复杂度的基础上,实现无冲击并网,弥补传统软并网方法的不足,提高并网变流器的可靠性。
[0011] 为实现上述目的,本发明的方案是:一种并网变流器软并网方法,步骤如下:1)闭合直流预充电回路中的软启接触器,进行直流母线预充电;
[0012] 2)检测直流母线电压,达到预设值后,启动滤波电容电压同步闭环控制与交流电流同步闭环控制;
[0013] 3)检测交流滤波电容电压,达到电网电压后,闭合并网断路器QF;
[0014] 4)关闭交流滤波电容电压控制,启动直流母线稳压控制;
[0015] 5)断开软启接触器KM。
[0016] 步骤I)中,在软启接触器闭合后,通过升压变压器连接到整流桥的交流侧。
[0017] 步骤2)中,滤波电容电压同步闭环控制与交流电流同步闭环控制均为矢量控制:实际电网电压、滤波电容电压、交流电流均进行d/q变换,实际电网电压的d轴、q轴分量分别作为对应的滤波电容电压同步闭环PI控制器的指令,滤波电容电压的d轴、q轴分量分别作为对应的滤波电容电压同步闭环PI控制器的反馈,各滤波电容电压同步闭环PI控制器的输出分别作为对应的交流电流同步闭环PI控制器的指令,交流电流的d轴、q轴分量分别作为对应的交流电流同步闭环PI控制器的反馈,交流电流同步闭环PI控制器的输出经d/q反变换后,对并网变流器进行SVPWM控制。
[0018] 本发明的发明点主要在于:
[0019] 1,滤波电容电压同步闭环控制,并且增加电流内环控制;
[0020] 滤波电容电压与电网电压同步控制,采用电容电压外环、变流器侧电感电流内环的双闭环控制。该控制为基于电网电压定向的矢量控制,以实际电网电压的DQ分量作为滤波电容电压的指令,实现对电网电压的完全跟踪;与此同时,变流器电流在并网断路器合闸前后始终为闭环控制,电流跟踪电网电流,电流环指令的限幅进一步抑制了断路器合闸瞬间并网电压对变流器带来的电流冲击。
[0021] 2,直流预充电回路的隔离与升压;
[0022] 直流预充电回路中设置升压变压器,一方面有效提升直流母线最大预充电电压,补偿滤波电容电压同步过程中直流母线电压的损耗,提高滤波电容电压同步闭环控制精度。另一方面,预充电回路与主回路之间实现了电气隔离,抑制了不加隔离变压器时在并网断路器合闸后,软启接触器断开前的时间内二者间产生的高频零序环流。
附图说明
[0023] 图1是传统并网变流器并网系统;
[0024] 图2是本发明的并网系统;
[0025] 图3是双闭环控制框图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0027] 如图2所示的并网系统,包括变流器及直流预充电回路,变流器交流侧接设有LCL滤波器,LCL滤波器连接用于控制与电网通断的断路器;直流预充电回路包括一个输入端用于连接电网的软启接触器,软启接触器输出端通过软启电阻连接整流桥,整流桥直流侧连接所述变流器直流侧,所述软启接触器输入端连接一个隔离变压器的副边,所述隔离变压器设有用于连接电网的原边。变流器直流侧设有支撑电容。
[0028] 直流预充电回路中,整流桥与软启接触器KM之间设有隔离变压器Tl,隔离变压器Tl原边连接软启接触器,隔离变压器Tl副边通过软启电阻R连接整流桥。以2MW直驱型风电并网变流器为例,按照图2的电路设计预充电回路,电网电压690V,考虑到滤波电容电压同步控制时直流母线电压10%的损耗,取隔离变压器二次侧电压为750V ;直流预充电时间按6s考虑,取限流电阻为20 Ω,则直流母线电压最大充电电压可达1050V。
[0029] 并网步骤如下:
[0030] I)直流预充电回路软启接触器KM闭合,直流母线预充电;
[0031] 2)检测直流母线电压达到预设值后,启动滤波电容电压同步闭环控制,同时启动交流电流同步闭环控制;
[0032] 3)检测交流滤波电容电压达到电网电压后,闭合并网断路器QF;
[0033] 4)关闭交流滤波电容电压控制,启动直流母线稳压控制;
[0034] 5)软启接触器KM断开;
[0035] 设电容电压为uab。,电感电流为iab。,基于电网电压定向的矢量控制框图如图3所示:
[0036] 为控制交流滤波电容电压与电网电压同步,将电网电压d/q变换之后的U/、U(;,分别作为滤波电容电压Uab。的d轴、q轴分量的指令,电压外环的PI控制器(其中比例参数为Kpl,积分参数为Kil)输出,分别作为变流器侧电流iab。的d轴、q轴分量的指令,电流内环PI控制器(其中比例参数为Kp2,积分参数为Ki2)输出Vd'\*经d/q反变换后,对变流器进行SVPWM控制,可使交流滤波电容电压无差地跟踪电网电压,实现同步无冲击并网。
[0037] 软件设计时,将电网电压d/q变换之后的指令,作为滤波电容电压指令的目标值,滤波电容电压实际指令,按照一定的步长斜坡递增至目标值(实际设计为0.5s比较合适),这样滤波电容电压的建立过程平稳、无超调,电容电流无冲击。
[0038] 直流母线电压预充电完成后,即进入滤波电容的闭环控制,同步完成后,并网断路器合闸。并网断路器合闸瞬间,由于变流器侧电流此时仍为闭环控制,其指令的限幅有效抑制了并网断路器合闸瞬间对变流器的冲击电流。
[0039] 并网断路器QF合闸后,软启接触器断开,同时滤波电容电压外环转为直流母线电压外环控制,进入稳定直流母线电压控制程序。两个控制程序共用一个电流内环,可实现二者的无缝转换。至此,软并网过程完成(直流母线电压外环与交流电流内环在并网过程完成后不需关闭,直接进入正常的稳压运行)。

Claims (2)

1.一种并网变流器软并网方法,其特征在于,步骤如下: 1)闭合直流预充电回路中的软启接触器KM,进行直流母线预充电; 2)检测直流母线电压,达到预设值后,启动滤波电容电压同步闭环控制与交流电流同步闭环控制; 3)检测交流滤波电容电压,达到电网电压后,闭合并网断路器QF;并网断路器QF合闸瞬间,变流器侧电感电流仍为闭环控制,变流器侧电感电流指令的限幅抑制了并网断路器QF合闸瞬间对变流器的冲击电流; 4)关闭交流滤波电容电压控制,启动直流母线稳压控制; 5)断开软启接触器KM; 步骤2)中,滤波电容电压同步闭环控制与交流电流同步闭环控制均为矢量控制为:实际电网电压、滤波电容电压、交流电流均进行d/q变换,实际电网电压的d轴、q轴分量分别作为对应的滤波电容电压同步闭环PI控制器的指令,滤波电容电压的d轴、q轴分量分别作为对应的滤波电容电压同步闭环PI控制器的反馈,各滤波电容电压同步闭环PI控制器的输出分别作为对应的交流电流同步闭环PI控制器的指令,交流电流的d轴、q轴分量分别作为对应的交流电流同步闭环PI控制器的反馈,交流电流同步闭环PI控制器的输出经d/q反变换后,对并网变流器进行SVPWM控制。
2.根据权利要求1所述的一种并网变流器软并网方法,其特征在于,步骤I)中,在软启接触器KM闭合后,通过升压变压器连接到整流桥的交流侧。
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