CN105720604A - 一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法，1.采集网侧控制环输出的控制电压Udq_ref，经过处理最终得到正序的控制电压幅值U_ref_k；2.采集直流母线电压Udc，经过处理后最终得到稳定的直流母线电压Udc_k；3.通过控制环1实现快速的抑制过调制，然后通过控制环2和控制环1的配合，可实现Igd_ref逐步减小，Udc_ref逐步增大，最终由发无功电流抑制过调制平滑切换为提升直流母线电压抑制过调制，尽可能的减少了机组对电网的影响。本发明不需要高电压标志位，控制器自动平滑调节；正常控制和过调制控制之间无缝切换，扰动很小，且提高了高电压时系统的稳定性。

Description

一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法

技术领域

本发明属于风力发电、电力电子技术和控制系统设计的交叉领域，尤其是涉及一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法。

背景技术

随着风力发电并入电网的容量占比越来越大，风电机组与电网的相互影响也会愈发明显。当电网发生故障时，为了避免风电机组大范围停机造成的二次冲击，国标要求机组具备一定的故障穿越能力。高电压穿越作为风电机组故障穿越中重要能力之一，对变频器的硬件和软件都提出了较高的要求。无论双馈发电机还是永磁发电机，均通过背靠背的双PWM变流器实现变速恒频并入电网。

高电压分为电网电压三相升高、单相升高、两相升高，由于网侧变流器通过LC滤波与电网相连，因此，当电网高电压时，网侧变流器对应的不控整流电压升高。网侧变流器具有控制能力的前提是直流母线电压高于电网电压对应的不控整流电压，否则网侧控制将出现过调制现象。目前，通常的处理方法为：通过过电压标志位，进行正常控制和过调制控制的控制器切换，属于有缝切换。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种不需要高电压标志位，控制器自动平滑调节；正常控制和过调制控制之间无缝切换，扰动很小的电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法，包括如下步骤：

1.采集整个网侧控制环输出的控制电压Udq_ref，通过计算平方根求其幅值U_ref；为了将其引入控制器，需经过必要的滤波环节：U_ref经过一阶低通滤波环节，得到U_ref_1；再经过二阶带阻滤波器环节，滤除故障期间50Hz分量和100Hz分量的杂波，最终得到正序的控制电压幅值U_ref_k；其中：

一阶低通滤波的传递函数：

$F_{lowpass}\left(s\right)=\frac{1}{Ts+1}$

其中T为滤波器的时间常数；

二阶带阻滤波器的传递函数：

$F_{north}\left(s\right)=\frac{s^2+{\mathrm{\ω}}_0^2}{s^2+2{\mathrm{\ξ\ω}}_{0}3+{\mathrm{\ω}}_0^2}$

式中ω₀＝2*π*50＝100πrad/s对应50Hz带阻滤波器；ω₀＝2*π*100＝200πrad/s对应100Hz带阻滤波器，ξ为衰减系数，均取0.707；

2.采集直流母线电压Udc，其对应为变流器控制电压线电压的幅值，Udc/1.732即折算为相电压的幅值，并留有一定余量，即得到Udc_1＝Udc/1.732*0.95；再经过两个带阻滤波器环节，滤除其中的50Hz分量和100Hz分量，带阻滤波器的传递函数和参数与步骤1相同，最终得到稳定的直流母线电压Udc_k；

3.将U_ref_k和Udc_k求差，送入控制环1中的PI控制器，此控制器的最小限幅值为0，最大限幅值为网侧电流容量；通过该PI控制器调节，得到无功电流给定Igd_ref，电网电压正常时，控制器输出的Igd_ref为0；电网故障瞬间，控制器快速输出较大的Igd_ref，过调制被很快抑制，然后Igd_ref逐渐减小。

4.将Igd_ref与Igd_ref_SET求差，送入控制环2中的PI控制器，此控制器的最小限幅值为0，最大限幅值为直流母线电压的给定裕度Δ_Udc_MAX；通过控制环2中PI控制器调节，得到Δ_Udc_ref，电网电压正常时，控制器输出的Δ_Udc_ref为0，即总的直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated；电网故障瞬间，控制器输出以一定斜坡上升到Δ_Udc_MAX，即总的直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated加上给定裕度Δ_Udc_MAX，较长时间的过调制抑制由提升直流母线电压来承担，与上述的Igd_ref逐渐减小相配合，平滑过渡。

相对于现有技术，本发明所述的一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法具有以下优势：

①不需要高电压标志位，控制器自动平滑调节；②正常控制和过调制控制之间无缝切换，扰动很小，且提高了高电压时系统的稳定性；③此方法通过控制环1实现快速的抑制过调制，然后通过控制环2和控制环1的配合，可实现Igd_ref逐步减小，Udc_ref逐步增大，最终由发无功电流抑制过调制平滑切换为提升直流母线电压抑制过调制，尽可能的减少了机组对电网的影响。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

附图1为本发明一种电网过电压的网侧变流器过调制抑制方法硬件拓扑图。

附图2为本发明一种电网过电压的网侧变流器过调制抑制方法网侧变流器控制框图。

附图3为本发明一种电网过电压的网侧变流器过调制抑制方法详细实现框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提出一种电网过电压的网侧变流器过调制抑制方法，当电网高电压时，控制器自动调节，直流母线电压顺势升高，且发出感性无功电流，从而降低网侧控制器的控制电压，抑制过调制现象。具有以下优点：①不需要高电压标志位，控制器自动平滑调节；②正常控制和过调制控制之间无缝切换，扰动很小，且提高了高电压时系统的稳定性；③此方法通过控制环1实现快速的抑制过调制，然后通过控制环2和控制环1结合可实现Igd_ref逐步减小，Udc_ref逐步增大，最终由发无功电流抑制过调制平滑切换为提升直流母线电压抑制过调制，尽可能的减少了机组对电网的影响。

本发明的目的在于提供一种电网过电压的网侧变流器过调制抑制方法。正常运行时，通过此方法的控制器，直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated，无功电流Igd_ref给定为0，与熟知的网侧控制环很好的衔接。高电压故障时，控制器输出电压U_ref会大于直流母线电压对应的可调制电压，通过控制环1调节，Igd_ref会跟随变化，直至控制器输出电压U_ref回调到Udc的可调制区，通过此控制器的快速调节，过调制被快速抑制。但当过电压持续时间较长时，为了减少机组对电网的影响，通过控制环2可实现Igd_ref逐步减小，Udc_ref逐步增大，最终由发无功电流抑制过调制平滑切换为提升直流母线电压抑制过调制。

本发明的技术方案：

如附图3，1.采集整个网侧控制环输出的控制电压Udq_ref，通过计算平方根求其幅值U_ref，为了将其引入控制器，需经过必要的滤波环节：U_ref经过一阶低通滤波环节，得到U_ref_1；再经过两个带阻滤波器环节，滤除其中的50Hz分量和100Hz分量(在故障期间含量较大，因此需滤除)，最终得到正序的控制电压幅值U_ref_k；

一阶低通滤波的传递函数：

$F_{lowpass}\left(s\right)=\frac{1}{Ts+1}$

其中T为滤波器的时间常数；

二阶带阻滤波器的传递函数：

$F_{north}\left(s\right)=\frac{s^2+{\mathrm{\ω}}_0^2}{s^2+2{\mathrm{\ξ\ω}}_{0}3+{\mathrm{\ω}}_0^2}$

式中ω₀＝2*π*50＝100πrad/s对应50Hz带阻滤波器；ω₀＝2*π*100＝200πrad/s对应100Hz带阻滤波器，ξ为衰减系数，均取0.707；

2.采集直流母线电压Udc，其对应为变流器控制电压线电压的幅值，Udc/1.732折算为相电压的幅值，并留有一定余量，即Udc_1＝Udc/1.732*0.95。再经过两个带阻滤波器环节，滤除其中的50Hz分量和100Hz分量，带阻滤波器的传递函数和参数与上述相同，最终得到稳定的直流母线电压Udc_k；

3.将U_ref_k和Udc_k求差，送入控制环1中的PI控制器，此控制器的最小限幅值为0，最大限幅值为网侧电流容量；通过PI控制器调节，得到无功电流给定Igd_ref，电网电压正常时，控制器输出的Igd_ref为0；电网故障瞬间，控制器快速输出较大的Igd_ref，过调制被很快抑制，然后Igd_ref逐渐减小。

4.将Igd_ref与Igd_ref_SET求差，送入控制环2中的PI控制器，此控制器的最小限幅值为0，最大限幅值为直流母线电压的给定裕度Δ_Udc_MAX。通过PI控制器调节，得到Δ_Udc_ref，电网电压正常时，控制器输出的Δ_Udc_ref为0，即总的直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated；电网故障瞬间，控制器输出以一定斜坡上升到Δ_Udc_MAX，即总的直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated加上给定裕度Δ_Udc_MAX，较长时间的过调制抑制由提升直流母线电压来承担，与上述的Igd_ref逐渐减小相配合，平滑过渡。

如附图2为整体的网侧变流器控制框图，其中框内部分为本发明的核心所在，附图3为本方法的详细实现框图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电网过电压的网侧逆变器过调制抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1.采集整个网侧控制环输出的控制电压Udq_ref，通过计算平方根求其幅值U_ref；为了将其引入控制器，需经过必要的滤波环节：U_ref经过一阶低通滤波环节，得到U_ref_1；再经过二阶带阻滤波器环节，滤除故障期间50Hz分量和100Hz分量的杂波，最终得到正序的控制电压幅值U_ref_k；其中：

一阶低通滤波的传递函数：

$F_{lowpass}\left(s\right)=\frac{1}{Ts+1}$

其中T为滤波器的时间常数；

二阶带阻滤波器的传递函数：

$F_{north}\left(s\right)=\frac{s^2+{\mathrm{\ω}}_0^2}{s^2+2{\mathrm{\ξ\ω}}_{0}s+{\mathrm{\ω}}_0^2}$

式中ω₀＝2*π*50＝100πrad/s对应50Hz带阻滤波器；ω_o＝2*π*100＝200πrad/s对应100Hz带阻滤波器，ξ为衰减系数，均取0.707；

2.采集直流母线电压Udc，其对应为变流器控制电压线电压的幅值，Udc/1.732即折算为相电压的幅值，并留有一定余量，即得到Udc_1＝Udc/1.732*0.95；再经过两个带阻滤波器环节，滤除其中的50Hz分量和100Hz分量，带阻滤波器的传递函数和参数与步骤1相同，最终得到稳定的直流母线电压Udc_k；

3.将U_ref_k和Udc_k求差，送入控制环1中的PI控制器，此控制器的最小限幅值为0，最大限幅值为网侧电流容量；通过该PI控制器调节，得到无功电流给定Igd_ref，电网电压正常时，控制器输出的Igd_ref为0；电网故障瞬间，控制器快速输出较大的Igd_ref，过调制被很快抑制，然后Igd_ref逐渐减小；

4.将Igd_ref与Igd_ref_SET求差，送入控制环2中的PI控制器，此控制器的最小限幅值为0，最大限幅值为直流母线电压的给定裕度Δ_Udc_MAX；通过控制环2中PI控制器调节，得到Δ_Udc_ref，电网电压正常时，控制器输出的Δ_Udc_ref为0，即总的直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated；电网故障瞬间，控制器输出以一定斜坡上升到Δ_Udc_MAX，即总的直流母线电压给定为额定直流母线电压Udc_Rated加上给定裕度Δ_Udc_MAX，较长时间的过调制抑制由提升直流母线电压来承担，与上述的Igd_ref逐渐减小相配合，平滑过渡。