CN106953355B - 一种低电压穿越控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低电压穿越控制方法及装置,将电网高压侧电压参考值与电网高压侧实际正序电压作差生成的电流指令值,和将SVG侧电压参考值与SVG侧实际正序电压作差生成的电流指令值求和,生成总电流指令值,并将该总电流指令值与实际正序电流作差,并经过调节器生成PWM调制波。本发明在电网出现跌落时快速切换为高压侧电压控制和SVG侧电压控制相结合的控制策略,实现快速无功补偿,既能保证电压跌落瞬间暂态冲击电流小,又能避免SVG侧电压跟踪失败。
Description
技术领域
本发明属于电能控制技术领域,具体涉及一种低电压穿越控制方法及装置。
背景技术
目前,风力发电技术在中国步入快速发展的时期,风机装机容量居于世界第一。风资源的多变性、风电机组的集中式分布、风电场输配电系统容量较大等因素,造成了风电机组的上网电能存在波动性,例如,有功功率因数偏小、三相功率不平衡、系统低电压与过电压问题等。SVG(Static Var Generator)是新一代无功补偿设备,是风电场无功补偿、电压稳定的最佳选择,它兼顾了无功补偿与谐波治理,可在电网发生低电压时协助风电机组实现低电压穿越功能,如图1所示的是一种链式SVG装置。SVG具有多种工作模式,一般具有无功闭环控制、电压闭环控制模式。当风场电压发生跌落时,需要更改SVG的控制策略转入LVRT模式,以最佳无功补偿来支持电网电压的恢复。
由于SVG经降压变压器接入电网,当高压侧出现电压跌落时,降压变压器漏感的影响会造成低压侧电压出现三相不平衡,由于传统SVG控制的是低压侧电压,未检测高压侧电网电压,也未对高压侧电压进行控制,当高压侧电网和低压侧的电网电压表征不一样时,即电网出现低电压时高压侧电压对称跌落,而低压侧电压不对称跌落,此时对SVG侧的电压控制影响较大,容易造成无法快速跟踪电网电压,而使SVG侧电压跟踪失败的问题,跟踪失败严重时将会造成SVG故障,影响电网低电压穿越的稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种低电压穿越控制方法及装置,用于解决现有技术电网高压侧电压故障时导致SVG侧电压跟踪失败的问题。
为解决上述技术问题,本发明提出一种低电压穿越控制方法,包括以下方法方案:
方法方案一,进入低电压穿越时,获取电网侧实际正序电压、SVG侧实际正序电压分别作为第一反馈值和第二反馈值,将电网侧电压参考值与所述第一反馈值作差生成第一电流指令值,将SVG侧电压参考值与所述第二反馈值作差生成第二电流指令值,对第一电流指令值和第二电流指令值求和生成总电流指令值,将总电流指令值与实际正序电流作差后,经过调节器生成调制波,实现SVG的低电压穿越。
方法方案二,在方法方案一的基础上,所述总电流指令值与实际正序电流作差并经过调节器后,与设定的电压前馈kUpg求和,生成PWM调制波;k为设定的系数,Upg为SVG侧实际正序电压。
方法方案三,在方法方案一的基础上,当检测到电网侧电压小于设定的电压阈值时,进入所述低电压穿越。
方法方案四,在方法方案三的基础上,检测到电网侧电压小于所述电压阈值后,检测电网侧的暂态电流,当所述暂态电流大于设定的第一电流阈值时,闭锁所述调制波的脉冲,经过设定的时间T后恢复所述调制波的脉冲,再进入所述低电压穿越。
方法方案五,在方法方案一的基础上,当所述总电流指令值大于设定的第二电流阈值时,将所述总电流指令值的幅值进行限幅后,再与所述实际正序电流作差。
方法方案六,在方法方案五的基础上,当所述第二电流阈值为额定电流时,将所述总电流指令值限幅为1.2倍的额定电流。
为解决上述技术问题,本发明还提出一种低电压穿越控制装置,包括以下装置方案:
装置方案一,包括以下单元:
正序电压获取单元:用于进入低电压穿越时,获取电网侧实际正序电压、SVG侧实际正序电压分别作为第一反馈值和第二反馈值;
总电流指令生成单元:用于将电网侧电压参考值与所述第一反馈值作差生成第一电流指令值,将SVG侧电压参考值与所述第二反馈值作差生成第二电流指令值,对第一电流指令值和第二电流指令值求和生成总电流指令值;
调制波生成单元:用于将所述总电流指令值与实际正序电流作差后,经过调节器生成调制波,实现SVG的低电压穿越。
装置方案二,在装置方案一的基础上,还包括用于当检测到电网侧电压小于设定的电压阈值时,进入所述低电压穿越的单元。
装置方案三,在装置方案二的基础上,还包括用于检测到电网侧电压小于所述电压阈值后,检测电网侧的暂态电流,当所述暂态电流大于设定的第一电流阈值时,闭锁所述调制波的脉冲,经过设定的时间T后恢复所述调制波的脉冲,再进入所述低电压穿越的单元。
装置方案四,在装置方案一的基础上,还包括用于所述总电流指令值与实际正序电流作差并经过调节器后,与设定的电压前馈kUpg求和,生成PWM调制波的单元;其中,k为设定的系数,Upg为SVG侧实际正序电压。
本发明的有益效果是:将电网高压侧电压参考值与电网高压侧实际正序电压作差生成的电流指令值,和将SVG侧电压参考值与SVG侧实际正序电压作差生成的电流指令值进行求和,生成总电流指令值,并将该总电流指令值与实际正序电流作差并经过调节器生成调制波。本发明在电网出现跌落时快速切换为高压侧电压控制和SVG侧电压控制相结合的控制策略,实现快速无功补偿,既能保证电压跌落瞬间暂态冲击电流小,又能避免SVG侧电压跟踪失败。
附图说明
图1是本发明一种链式SVG装置的硬件结构图;
图2是本发明一种链式SVG装置的正常运行时的控制框图;
图3是本发明一种链式SVG装置低电压穿越模块的控制框图;
图4是本发明低电压穿越控制的流程框图;
图5是现有技术中d-q解耦变换过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明的一种低电压穿越控制方法的实施例:
如图2所示,当电网正常运行时,SVG一般处于无功闭环模式或者电压闭环控制模式;在电网电压跌落瞬间,SVG需要转换进入LVRT(低电压穿越)模式。如图3所示,在SVG进入LVRT模式时的控制方法包括以下步骤:
采集电网高压侧实际正序电压幅值Upg'、SVG侧实际正序电压幅值Upg,将电网高压侧电压参考值(图3中设为1pu)与电网高压侧实际正序电压幅值Upg'作差,生成无功电流指令值iq1+ *;将SVG侧电压参考值(图3中设为1pu)与SVG侧实际正序电压幅值Upg作差,生成无功电流指令值iq2+ *,iq1+ *和iq2+ *求和生成总电流参考指令值iq+ *,总电流参考指令值iq+ *与实际正序电流幅值iq作差,并经过PI调节器后与设定的电压前馈kUpg求和,求和后生成PWM调制波,从而实现低电压穿越的控制;电压前馈kUpg中的Upg为SVG侧实际正序电压幅值,k为设定的电压前馈系数,计算式如下:
式中,Upg为SVG侧相电压的实际正序电压有效值,Udc_ref为直流母线指令值,Udc_av_abc为瞬时三相直流电压的平均值(为标幺值),N为SVG的功率模块投入数量,N的值取决于SVG的容量大小。
为实现上述控制方法,本发明将上述控制方法集成于LVRT控制模块中,并且提出了一种低电压穿越控制装置,该装置包括LVRT控制模块和电压检测模块,其控制流程如图4所示,电压检测模块通过AD采样电路对电网高压侧电压和SVG侧电压分别进行采样,并进行滤波,滤除高频扰动;滤波后对SVG侧电压Ug采用如图5所示的d-q解耦变换,获得d-q轴下的正序电压幅值Ugd+,将Ugd+经低通滤波后获得较准确的正序电压幅值U′gd+,并通过判断U′gd+低于0.9pu时,或电压变化率(2个中断周期内电网电压的du/dt)大于0.1pu时,进入低电压穿越模式。
进入低电压穿越模式后,通过电流闭锁模块判断电网电压或者SVG侧的电流,当电网电压小于0.18pu时,或者当电压跌落瞬间SVG侧并网实际电流大于1.35pu时,闭锁PWM脉冲一段时间后再恢复脉冲,以减小暂态电流的冲击。本发明采用电网电压判断是否闭锁PWM脉冲的原因是由于在电网电压跌落时,暂态过电流过大,需要对PWM脉冲进行闭锁。
当SVG电流没有过流时,LVRT控制模块执行上述SVG进入LVRT模式时的控制过程,通过PI输出及电压前馈kUpg合成产生q轴调制波Usq+,并通过多载波调制实现对无功的补偿。
下面以35kV、19MVar链式SVG为例,来具体阐述本发明的具体实施过程。
35kV、19Mvar的链式SVG的低电压穿越控制装置,额定电流313A,控制过程如下:
1)正常行运行时,SVG运行于无功闭环模式或电压闭环控制模式,此时SVG电流限幅为1.1pu;
2)当电压检测模块检测到500kV或35kV母线电压出现低于0.9pu时或电网电压变化率大于0.1pu时,SVG进行模式转换,从无功闭环模式或电压闭环控制模式进入低电压穿越模式;
3)在SVG模式转换瞬间,电流闭锁模块开始工作,当SVG电流大于1.35pu时闭锁PWM脉冲40ms再恢复脉冲,进入低电压穿越模式;当电流小于1.35pu时直接进入低电压穿越模式;
4)当进入低电压穿越模式时,进行电压的闭环控制,电压环控制以电压跌落到设定上下限设定值以外(0.93pu~1.07pu)为控制环策略的投入判断条件,当在设定值以外投入SVG侧电网电压闭环,在设定值以内SVG侧电网电压控制退出。电压控制环以高压侧电网和SVG侧电网额定电压1.0pu作为指令、以各自控制环的实际正序电压幅值作为反馈值,采用PI调节器产生q轴无功电流,然后求和得到无功电流参考指令iq+ *;电流控制环以iq+ *作为参考指令、以实际正序电流幅值iq作为反馈值,经过PI调节器及电压前馈共同产生q轴调制波Usq+,对Usq+限幅不超过0.98pu,实现无功控制。
为了避免无功电流参考指令iq+ *的幅值过大,需要将该指令值进行限幅,iq+ *与额定电流比较,当总电流指令值iq+ *大于额定电流的幅值时,将该iq+ *限幅为1.2倍的SVG的额定电流值;当iq+ *小于额定电流的幅值时,则不需进行限幅。
当电压恢复正常后,SVG返回之前的运行模式,LVRT控制模式结束。本发明通过LVRT控制模块、电压检测模块和电流闭锁模块来共同实现低电压穿越功能,其中,电压检测模块用于利用AD采样来快速检测电压的跌落状况及电压变化率判断电网情况,具有时间短、检测准确的特点;LVRT控制模块用于通过高压侧和SVG侧电压闭环控制、电流闭环控制实现对不同电压跌落水平的最佳无功补偿控制;电流闭锁模块用于在电压跌落瞬间检测电流的暂态过流达到闭锁条件快速闭锁PWM脉冲,可削弱暂态电流冲击。本发明能够实现0.2~0.9pu电网电压下SVG的不脱网运行,并进行最佳无功补偿控制,适用于中小型风场的无功补偿装置。
本发明的一种低电压穿越控制装置的实施例:
包括以下单元:
正序电压获取单元:用于进入低电压穿越时,获取电网侧实际正序电压、SVG侧实际正序电压分别作为第一反馈值和第二反馈值;
总电流指令生成单元:用于将电网侧电压参考值与所述第一反馈值作差生成第一电流指令值,将SVG侧电压参考值与所述第二反馈值作差生成第二电流指令值,对第一电流指令值和第二电流指令值求和生成总电流指令值;
调制波生成单元:用于将所述总电流指令值与实际正序电流作差后,经过调节器生成调制波,实现SVG的低电压穿越。
上述实施例中所指的低电压穿越控制装置,实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案,即一种软件构架,可以应用到无功补偿设备的控制器中,上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整,故不再详细进行描述。
Claims (10)
1.一种低电压穿越控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
进入低电压穿越时,获取电网侧实际正序电压、SVG侧实际正序电压分别作为第一反馈值和第二反馈值,将电网侧电压参考值与所述第一反馈值作差生成第一电流指令值,将SVG侧电压参考值与所述第二反馈值作差生成第二电流指令值,对第一电流指令值和第二电流指令值求和生成总电流指令值,将总电流指令值与实际正序电流作差后,经过调节器生成调制波,实现经降压变压器接入电网的SVG的低电压穿越。
2.根据权利要求1所述的低电压穿越控制方法,其特征在于,所述总电流指令值与实际正序电流作差并经过调节器后,与设定的电压前馈kUpg求和,生成PWM调制波;k为设定的系数,Upg为SVG侧实际正序电压。
3.根据权利要求1所述的低电压穿越控制方法,其特征在于,当检测到电网侧电压小于设定的电压阈值时,进入所述低电压穿越。
4.根据权利要求3所述的低电压穿越控制方法,其特征在于,检测到电网侧电压小于所述电压阈值后,检测电网侧的暂态电流,当所述暂态电流大于设定的第一电流阈值时,闭锁所述调制波的脉冲,经过设定的时间T后恢复所述调制波的脉冲,再进入所述低电压穿越。
5.根据权利要求1所述的低电压穿越控制方法,其特征在于,当所述总电流指令值大于设定的第二电流阈值时,将所述总电流指令值的幅值进行限幅后,再与所述实际正序电流作差。
6.根据权利要求5所述的低电压穿越控制方法,其特征在于,当所述第二电流阈值为额定电流时,将所述总电流指令值限幅为1.2倍的额定电流。
7.一种低电压穿越控制装置,其特征在于,包括以下单元:
正序电压获取单元:用于进入低电压穿越时,获取电网侧实际正序电压、SVG侧实际正序电压分别作为第一反馈值和第二反馈值;
总电流指令生成单元:用于将电网侧电压参考值与所述第一反馈值作差生成第一电流指令值,将SVG侧电压参考值与所述第二反馈值作差生成第二电流指令值,对第一电流指令值和第二电流指令值求和生成总电流指令值;
调制波生成单元:用于将所述总电流指令值与实际正序电流作差后,经过调节器生成调制波,实现经降压变压器接入电网的SVG的低电压穿越。
8.根据权利要求7所述的低电压穿越控制装置,其特征在于,还包括用于当检测到电网侧电压小于设定的电压阈值时,进入所述低电压穿越的单元。
9.根据权利要求8所述的低电压穿越控制装置,其特征在于,还包括用于检测到电网侧电压小于所述电压阈值后,检测电网侧的暂态电流,当所述暂态电流大于设定的第一电流阈值时,闭锁所述调制波的脉冲,经过设定的时间T后恢复所述调制波的脉冲,再进入所述低电压穿越的单元。
10.根据权利要求7所述的低电压穿越控制装置,其特征在于,还包括用于所述总电流指令值与实际正序电流作差并经过调节器后,与设定的电压前馈kUpg求和,生成PWM调制波的单元;其中,k为设定的系数,Upg为SVG侧实际正序电压。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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