CN103441488A - 一种兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，这种柔性直流输电系统所采用的控制方法不仅实现直流输电的功能，还具有不平衡控制和谐波抑制等电能质量控制功能，对提高设备效率、降低电网投资具有很高的意义和实用价值。该法包括：通过内外环控制器得到实现柔性直流输电功能的三相电压调制量；由负序电流控制算法得到实现负序电流治理功能的三相电压调制量；由谐波控制算法得到实现谐波电流治理功能的三相电压调制量。将几种电压调制量相加，形成兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统的三相电压调制波，经触发脉冲生成算法，形成PWM波驱动柔性直流输电系统主电路，实现柔性直流输电系统对所接入系统电能质量的治理。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电系统领域，更具体地，涉及一种兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法。
背景技术
目前柔性直流输电技术(VSC-HVDC)是一种新型的输配电技术，它以IGBT全控电力电子器件和PWM技术为核心，其单端系统的拓扑结构与电能质量控制装置是相同的。柔性直流输电系统的容量冗余没有得到充分的利用，由于柔性直流输电系统与并联型电能质量控制装置接入电网的方式是相类似的，所以为了实现柔性直流输电系统的多功能应用，可以考虑在柔性直流输电系统原有功能的基础上加入电能质量控制策略是作为一种新的控制方法。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的不足，提供一种兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法。使得柔性直流输电系统在完成直流输电功能外，还具备电能质量控制功能，对所并入电网的负荷实现电能质量控制。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，将柔性直流输电系统接入变电站的配电侧，对系统母线上三相电气量进行检测，经过派克变换计算该配电网存在的负序电流和谐波电流，柔性直流输电系统根据上述计算的负序电流和谐波电流，向系统注入大小相同方向相反的电流，用于抵消非线性负荷产生的负序电流及谐波电流。
更进一步的，所述的对系统母线上三相电气量进行检测，经过派克变换计算该配电网存在的负序电流和谐波电流的具体过程为：
柔性直流输电系统的有功类控制量和无功类控制量经外环PI控制器得到电流参考量，该电流参考量经内外环PI控制器，得到实现柔性直流输电功能的三相电压调制量；
负荷电流经负序检测算法得到负序电流参考值，与柔性直流输电系统实际输出的负序电流经比例积分控制后，得到实现负序电流治理功能的三相电压调制量；
负荷电流经单次谐波检测算法得到各次谐波电流参考值，与柔性直流输电系统实际输出的各次谐波电流经比例积分控制后，得到实现谐波电流治理功能的三相电压调制量；
将上述电压调制量相加，就得到了兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统的三相电压调制波，经触发脉冲生成算法，形成PWM波驱动柔性直流输电系统的主电路。
更进一步的，所述实现柔性直流输电功能的三相电压调制量的具体过程为：
S11.柔性直流输电系统有功类电气量和无功类电气量经外环PI控制器得到有功、无功参考电流idref1,iqref1；
S12.柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC通过派克变换矩阵计算得到电流id1，iq1，电流id1，iq1通过低通滤波器LPF滤波得到其直流分量
S13.电流id1，iq1的直流分量
与有功、无功参考电流idref1,iqref1经内环PI控制器便得到实现柔性直流输电功能的三相电压调制量Udref1,Uqref1，经派克逆变换得到Uaref1,Ubref1,Ucref1。
S21.负荷电流ial，ibl，icl经逆相排序后，通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF计算得到基波负序参考电流
S22柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC经逆相排序后，通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF滤波得到负序直流分量
S23.负序直流分量
与基波负序参考电流经内环PI控制器得到实现负序治理功能的三相电压调制量Udref-,Uqref-，经派克逆变换得到Uaref-,Ubref-,Ucref-。
S31.负荷电流ial，ibl，icl通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF计算得到谐波参考电流
S32.柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF滤波得到谐波直流分量
S33.谐波直流分量与谐波参考电流
经内环PI控制器得到实现谐波抑制功能的三相电压调制量Udrefn,Uqrefn，经派克逆变换得到Uarefn,Ubrefn,Ucrefn。
将以上实现不同功能的3种电压调制量相加就得到了兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统的三相电压调制波，经触发脉冲生成算法，形成PWM波驱动柔性直流输电装置主电路，具体实现过程如图5所示。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明的控制方法使得柔性直流输电系统不仅实现直流输电的功能，还具有不平衡控制和谐波抑制等电能质量控制功能，能够解决柔性直流输电系统接入的配电网电能质量问题。该控制方法包含柔性直流输电控制策略和电能质量控制策略，同时完成柔性直流输电和电能质量控制功能，对提高设备效率、降低电网投资具有很高的意义和实用价值。
附图说明
图1为单端柔性直流输电系统并网示意图。
图2为实现柔性直流输电功能的三相电压调制量的获取方法。
图3为实现负序电流治理功能的三相电压调制量的获取方法。
图4为实现谐波电流抑制功能的三相电压调制量的获取方法。
图5为本发明的PWM触发脉冲的获取方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
柔性直流输电系统并入电网的示意图如图1所示，单端系统与不平衡负荷和非线性负荷接入变电站的配电侧。单端系统通过向系统注入补偿用的谐波电流和负序电流，有效抑制不平衡负荷和非线性负荷带来的电能质量问题。
兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法如图2所示。该方法需要重复利用派克变换和低通滤波器。派克变换是交流电机分析计算时的基本变换，被广泛应用在柔性直流输电系统和电能质量控制装置中，它需要得到与a相电网电压ea同相位的正弦信号sinωt和余弦信号-cosωt，由一个锁相环电路（PLL）和正、余弦信号发生电路产生。通过派克变换和低通滤波器的合理配置，可以对三相负载电流进行分解，得到需要控制的电气量。派克变换矩阵如下所示：
其逆矩阵为
（1）实现柔性直流输电功能的三相电压调制量的获取
图2所示的是实现柔性直流输电功能的三相电压调制量的获取方法。柔性直流输电系统有功类电气量和无功类电气量经外环PI控制器得到内环控制器的有功、无功参考电流idref1,iqref1；其中有功类电气量包括定直流电压控制量、定频率控制量、定有功功率控制量，无功类电气量包括定交流电压控制量、定无功功率控制量。柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC通过派克变换矩阵计算id1，iq1，经低通滤波器LPF滤波得到id1，iq1的直流分量
该分量就是实现柔性直流输电功能的实际测量电流，与有功、无功参考电流idref1,iqref1经内环PI控制器得到Udref1,Uqref1，通过派克逆变换得到实现柔性直流输电功能的三相电压调制量Uaref1,Ubref1,Ucref1。
（2）实现负序电流治理功能的三相电压调制量的获取
图3所示的是实现负序电流治理功能的电压调制量的获取方法。负荷电流ial，ibl，icl经逆相序排序后，通过派克变换矩阵和低通滤波器计算得到基波负序参考电流柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC经逆相序排序后，通过派克变换矩阵和低通滤波器LPF滤波得到负序直流分量
该分量就是实现负序治理功能的实际测量电流，与负序参考电流
经内环PI控制器便得到Udref-,Uqref-，通过派克逆变换得到实现负序治理功能的电压调制量Uaref-,Ubref-,Ucref-。这种方法可以理解为将检测对象的负序电流当做正序分量来提取。
（3）实现谐波电流抑制功能的三相电压调制量的获取
常规的id、iq算法计算的是电流矢量在三相电网基波正序电压合成矢量ea及其法线上的投影。在α-β坐标系中，只有基波正序电流分量和ea是同步旋转的，处对静止的状态，而其它所有的电流分量相对于ea均是动态的，因此，只有基波正序电流分量在ea及其法线上的投影是常量，其它分量在ea及其法线上的投影交变的，经低通滤波器LPF滤波之后，只剩下基波正序电流直流分量，经过反变换，即可求得电网基波正序电流分量。根据上述方法，若欲检测某次(如n次)谐波电流分量，参考电压矢量改为n次谐波电压合成矢量en即可，此时的谐波电流检测算法图4所示，这样就可以对某次谐波进行提取检测。
负荷电流ial，ibl，icl通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵和低通滤波器计算得到谐波电流
柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵和低通滤波器LPF滤波得到谐波直流分量
该分量就是实现谐波抑制功能的实际测量电流，与谐波参考电流
经PI控制器便得到Udrefn,Uqrefn，通过派克逆变换得到实现谐波电流抑制功能的三相电压调制量Uarefn,Ubrefn,Ucrefn。
对于需要柔性直流输电系统进行多次谐波抑制的场合，参考上述的单次谐波抑制电压调制量的获取方法，可获得多次谐波抑制电压调制量，最后相加即可得到多次谐波抑制的总电压调制量。
将以上实现不同功能的3种电压调制量相加，就得到了兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统的三相电压调制波，经触发脉冲生成算法，形成PWM波驱动柔性直流输电系统主电路，具体实现过程如图5所示。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，将柔性直流输电系统接入变电站的配电侧，对系统母线上三相电气量进行检测，经过派克变换计算该配电网存在的负序电流和谐波电流，柔性直流输电系统根据上述计算的负序电流和谐波电流，向系统注入大小相同方向相反的电流，用于抵消非线性负荷产生的负序电流及谐波电流。
2.根据权利要求1所述的兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，所述的对系统母线上三相电气量进行检测，经过派克变换计算该配电网存在的负序电流和谐波电流的具体过程为：
柔性直流输电系统的有功类控制量和无功类控制量经外环PI控制器得到电流参考量，该电流参考量经内外环PI控制器，得到实现柔性直流输电功能的三相电压调制量；
负荷电流经负序检测算法得到负序电流参考值，与柔性直流输电系统实际输出的负序电流经比例积分控制后，得到实现负序电流治理功能的三相电压调制量；
负荷电流经单次谐波检测算法得到各次谐波电流参考值，与柔性直流输电系统实际输出的各次谐波电流经比例积分控制后，得到实现谐波电流治理功能的三相电压调制量；
将上述电压调制量相加，就得到了兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统的三相电压调制波，经触发脉冲生成算法，形成PWM波驱动柔性直流输电系统的主电路。
3.根据权利要求2所述的兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，所述实现柔性直流输电功能的三相电压调制量的具体过程为：
S11.柔性直流输电系统有功类电气量和无功类电气量经外环PI控制器得到有功、无功参考电流idref1,iqref1；
S12.柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC通过派克变换矩阵计算得到电流id1，iq1，电流id1，iq1通过低通滤波器LPF滤波得到其直流分量
S13.电流id1，iq1的直流分量
与有功、无功参考电流idref1,iqref1经内环PI控制器便得到实现柔性直流输电功能的三相电压调制量Udref1,Uqref1，经派克逆变换得到Uaref1,Ubref1,Ucref1。
4.根据权利要求2所述的兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，所述实现负序电流治理功能的三相电压调制量的具体过程为：
S21.负荷电流ial，ibl，icl经逆相排序后，通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF计算得到基波负序参考电流
S22柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC经逆相排序后，通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF滤波得到负序直流分量
S23.负序直流分量
与基波负序参考电流
经内环PI控制器得到实现负序治理功能的三相电压调制量Udref-,Uqref-，经派克逆变换得到Uaref-,Ubref-,Ucref-。
5.根据权利要求2所述的兼具电能质量控制功能的柔性直流输电系统控制方法，其特征在于，所述实现谐波电流治理功能的三相电压调制量的具体过程为：
S31.负荷电流ial，ibl，icl通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF计算得到谐波参考电流
S32.柔性直流输电系统输出的三相电流iaHVDC,ibHVDC,icHVDC通过sin nωt和-cos nωt构成的派克变换矩阵，再通过低通滤波器LPF滤波得到谐波直流分量
S33.谐波直流分量
与谐波参考电流经内环PI控制器得到实现谐波抑制功能的三相电压调制量Udrefn,Uqrefn，经派克逆变换得到Uarefn,Ubrefn,Ucrefn。
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