CN109378859B

CN109378859B - 高压穿越控制方法、静止无功发生器以及存储介质

Info

Publication number: CN109378859B
Application number: CN201811357105.7A
Authority: CN
Inventors: 周党生; 龚李伟; 陈志远; 谢磊
Original assignee: Shenzhen Hopewind Electric Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Hopewind Electric Co Ltd
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: CN109378859A

Abstract

本申请公开一种高压穿越控制方法、级联型静止无功发生器以及存储介质，所述方法包括：在电网电压发生高压穿越的情况下，根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式；根据所述电网电压的高压穿越方式，选择相应的直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制。本申请在电网故障状态下，区分不同的电网电压高压穿越方式，并采取不同的直流母线电压均衡控制措施；有效抑制各相直流母线电压不均衡，大大提高了高压穿越的成功率，达到了新能源电站接入电网的相关技术标准要求。

Description

高压穿越控制方法、静止无功发生器以及存储介质

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种高压穿越控制方法、级联型静止无功发生器以及存储介质。

背景技术

风电、光伏等新能源，具备无污染、无碳排放、可重复利用等优点，得到了广泛的开发利用。但是新能源具有输出功率不平稳和电能质量差等缺点，可能造成严重的电网电压波动。为了稳定电压，必须在新能源电站中投入容量合适的无功补偿装置。级联型SVG(Static Var Generator，静止无功发生器)相较于FC、SVC等传统无功补偿装置，具备动态响应速度快、补偿精度高等优点，是目前新能源电站的主要无功补偿装置。

根据新能源电站接入电网的相关技术标准(风电机组高电压穿越能力测试规程、光伏发电站接入电网技术规定Q/GDW1617-2015)要求，接入电网设备需要具备高压穿越能力，即在电网电压升高期间，SVG能够在一定时间内并网运行，同时向电网提供一定的感性无功功率支撑。

现有的SVG控制方式，在高压穿越阶段时，存在如下问题：

a)、电网电压的升高，容易导致级联型SVG的功率模块出现过调制，恶化控制系统性能，甚至造成高压穿越失败；

b)、当电网电压不平衡时，由于三相直流母线的独立性，电网的负序分量会导致级联型SVG三相换流链上吸收的有功功率不同，具体表现为某相直流母线电压过高或过低，触发直流母线电压欠压或过压故障，导致停机退出，造成高压穿越失败。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种高压穿越控制方法、级联型静止无功发生器以及存储介质，以解决现有的SVG控制方式存在的高压穿越失败的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供的一种高压穿越控制方法，该方法用于级联型静止无功发生器，所述方法包括：

在电网电压发生高压穿越的情况下，根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式；

根据所述电网电压的高压穿越方式，选择相应的直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制。

根据本申请的一个方面，提供的一种级联型静止无功发生器，所述级联型静止无功发生器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的高压穿越控制程序，所述高压穿越控制程序被所述处理器执行时用于实现所述的高压穿越控制方法的步骤。

根据本申请的一个方面，提供的一种存储介质，所述存储介质上存储有高压穿越控制程序，所述高压穿越控制程序被所述处理器执行时用于实现所述的高压穿越控制方法的步骤。

本申请实施例的高压穿越控制方法、级联型静止无功发生器以及存储介质，在电网故障状态下，区分不同的电网电压高压穿越方式，并采取不同的直流母线电压均衡控制措施；有效抑制各相直流母线电压不均衡，大大提高了高压穿越的成功率，达到了新能源电站接入电网的相关技术标准要求。

附图说明

图1为本申请第一实施例的高压穿越控制方法流程示意图；

图2-图3为本申请实施例的对称高压穿越高压穿越实验验证波形结构示意图；

图4-图5为本申请实施例的不对称高压穿越高压穿越实验验证波形结构示意图；

图6为本申请第二实施例的级联型静止无功发生器结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

第一实施例

如图1所示，本申请第一实施例提供一种高压穿越控制方法，该方法用于级联型静止无功发生器。所述方法包括：

步骤S11、在电网电压发生高压穿越的情况下，根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式。

在一种实施方式中，所述根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式，之前还包括：

获取电网电压瞬时值，并根据所述电网电压瞬时值得到电网电压有效值；

对所述电网电压有效值进行锁相和坐标变换，得到旋转坐标系下电网电压分量；

根据所述电网电压分量，得到电网电压模值；

根据所述电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越。

在该实施方式中，所述根据所述电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越，之前还包括：

对所述电网电压模值进行滤波，得到滤波后的电网电压模值；

所述根据所述电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越，包括：

根据滤波后的电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越。

在该实施方式中，所述根据所述电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越，包括：

在所述电网电压模值大于所述额定电网相电压峰值的预设比例值的情况下，确定所述电网电压发生高压穿越；

在所述电网电压模值不大于所述额定电网相电压峰值的预设比例值的情况下，根据电网电压有效值中的最大值和额定电网线电压，判断电网电压是否恢复正常。

作为示例地，当电网电压在正常工作范围内时，级联型SVG可以在负荷补偿、稳压、用户设定等模式中运行；而当检测到电网电压发生高压穿越，则立即进入高压穿越算法中。电网电压高压穿越判断的具体过程如下：

级联型SVG的控制系统采样电网电压瞬时值，并实时计算电网电压有效值，如下式子所示：

其中V_i为电网电压有效值，v_i为电网电压瞬时值。

对电网电压进行锁相，根据锁相角ωt进行坐标变换，计算旋转坐标系下电网电压的d轴分量和q轴分量，如下式子所示：

然后根据电网电压的d轴分量和q轴分量计算电网电压模值，如下式子所示：

计算出的电网电压模值的物理意义为电网相电压峰值。对模值进行滤波，得到滤波后的电压模值：

根据高压穿越技术标准要求，当电网电压模值的滤波值V_mfilter大于额定电网相电压峰值V_n的110％时，认为电网发生高压穿越；为了避免电网实际电压在110％附近时可能导致的电压高压穿越状态跳变，可在门限上加入回差，而且为了避免不对称高压穿越时，电网电压模值的滤波值V_mfilter的波动影响高压穿越状态变化，采用电网电压有效值中的最大值来判断是否退出高压穿越状态，即当电网线电压有效值中最大值V_max小于额定电网线电压的108％，认为电网恢复正常。

在另一种实施方式中，所述根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式，之前还包括：

在电网电压高压穿越没有超时的情况下，根据电网线电压有效值计算无功支撑电流。

具体地，在电网电压发生高压穿越时，进入高压穿越算法中。首先开始对电网电压高压穿越进行计时，判断高压穿越深度，当V_mfilter大于130％V_n时进行过压保护，当V_mfilter小于130％V_n时，根据技术指标上的维持运行时间要求，对电压高压穿越是否超时进行判断。在电网电压高压穿越没有超时的情况下，根据电网线电压有效值计算无功支撑电流，如下式子所示：

其中i_0ref为无功支撑电流给定值，V_max为当前线电压有效值中最大值，V_N为额定线电压有效值，I_N为级联型SVG额定电流。i_0ref随电网电压的升高而增大，当V_mfilter等于130％V_n时，SVG输出无功支撑电流支撑电网电压。

若电网电压高压穿越超时，则可执行电网电压高压穿越超时保护。

为了抑制电网电压升高带来的功率模块过调制现象，可以以如下方式调整功率模块的直流母线参考电压：

其中，V_dcref为直流母线电压给定值，

为高压穿越前直流母线电压给定值。当进行高压穿越时，由上式可知，功率模块的直流母线电压给定值V_dcref与电网电压模值V_mfilter保持固定的比例关系k：

根据SVG设计要求，在电网电压为额定电网相电压峰值V_n的110％时，SVG可以长期稳定运行，因此按如上方式给定功率模块直流母线电压给定值可以有效的抑制高穿过程中功率模块过调制现象的发生。

步骤S12、根据所述电网电压的高压穿越方式，选择相应的直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制。

在一种实施方式中，所述根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式，包括：

在所述电网电压不平衡度大于不平衡度门限的情况下，确定所述电网电压的高压穿越方式为不对称高压穿越；

在所述电网电压不平衡度不大于不平衡度门限的情况下，确定所述电网电压的高压穿越方式为对称高压穿越。

在该实施方式中，所述根据所述电网电压的高压穿越方式，选择相应的直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制，包括：

在所述电网电压的高压穿越方式为不对称高压穿越的情况下，选择不对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制；

在所述电网电压的高压穿越方式为对称高压穿越的情况下，选择对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制。

在该实施方式中，所述不对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略包括提高相间直流母线电压均衡控制器的比例积分系数、并在三相输出的相电压比较值上叠加一个相均衡零序分量；

所述对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略包括增大相间直流母线电压均衡控制器的比例积分系数、并增大相间直流母线电压均衡控制器的叠加量。

以下结合图2-图5进行说明：

正常运行时，级联型SVG的直流母线电压均衡控制策略采用三级控制：

第一级为全局直流母线电压控制，保证所有功率模块的直流母线电压总平均值等于给定值，通过调节有功电流实现；

式中，i_dref为有功电流给定值，K_Pdc为全局直流母线电压控制器比例系数，K_Idc为全局直流母线电压控制器积分系数，v_dref为直流母线电压给定值，

为直流母线电压总平均值。

第二级为相间直流母线电压均衡控制，保证各相功率模块直流母线电压平均值等于所在相平均直流母线电压，控制输出为相电压比较值叠加量；

式中，v_Bpi为i相输出电压比较值叠加量，K_Pdcp为相间直流母线电压均衡控制器比例系数，K_Idcp为相间直流母线电压均衡控制器积分系数，ωt为锁相角，

为i相电网电压相位角。

第三级为级间直流母线电压均衡控制，控制每一个功率模块直流母线电压等于所在相上平均直流母线电压，控制输出为单个功率模块比较量叠加值。

式中，v_Bsij为i相第j级功率模块输出电压比较值叠加量，K_Pdcs为级间直流母线电压均衡控制器比例系数，

为i相电网电压相位角，叠加量正负号与当前此时SVG电流无功分量的方向有关。

当不平衡度不大于不平衡度门限(在此取18％)时，所述电网电压的高压穿越方式为对称高压穿越，使用对称高压穿越直流母线均衡控制策略对直流母线电压进行控制。

具体地，当电网电压发生对称高压穿越时，不存在负序电压，SVG输出对称电流时，各相有功分量基本相同，对于相间直流母线电压均衡控制而言，无外加扰动。但由于端口相电压增大，相对而言相间直流母线电压均衡控制器叠加量占比过小，控制器力度薄弱。此时应根据电网电压升高情况自动增大控制器的比例积分控制系数，增大相间直流母线电压均衡控制器叠加量。

对称高压穿越高压穿越实验验证波形如图2和图3所示。

当不平衡度大于不平衡度门限(在此取18％)时，所述电网电压的高压穿越方式为不对称高压穿越，使用不对称高压穿越直流母线均衡控制策略对直流母线电压进行控制。

具体地，当电网电压发生不对称高压穿越时，电网电压负序分量较大，SVG输出的对称电流无法实现三相功率的均分，三相不平衡扰动大，不仅需要提高相间直流母线电压均衡控制器的控制力度；而且需要采取相应控制策略平衡三相功率；基于零序电压可以实现三相功率分配的特点，故在电网不平衡高穿时，在三相输出相电压比较值上再叠加一个相均衡零序分量，以抑制三相有功不平衡。叠加的零序分量如下式所示：

v_ref0＝v_g- ^*，其中叠加的零序电压分量等于电网电压负序分量的共轭。不对称高压穿越高压穿越实验验证波形如图4和图5所示。

本申请实施例的高压穿越控制方法，在电网故障状态下，区分不同的电网电压高压穿越方式，并采取不同的直流母线电压均衡控制措施；有效抑制各相直流母线电压不均衡，大大提高了高压穿越的成功率，达到了新能源电站接入电网的相关技术标准要求。

第二实施例

如图6所示，本申请第二实施例提供一种级联型静止无功发生器，所述级联型静止无功发生器包括存储器21、处理器22及存储在所述存储器21上并可在所述处理器22上运行的高压穿越控制程序，所述高压穿越控制程序被所述处理器22执行时实现以下所述的高压穿越控制方法的步骤：

所述高压穿越控制程序被所述处理器22执行时，还用于实现以下所述的高压穿越控制方法的步骤：

根据所述电网电压分量，得到电网电压模值；

所述不对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略包括提高相间直流母线电压均衡控制器的比例积分系数、并在三相输出的相电压比较值上叠加一个相均衡零序分量；

本申请实施例的级联型静止无功发生器，在电网故障状态下，区分不同的电网电压高压穿越方式，并采取不同的直流母线电压均衡控制措施；有效抑制各相直流母线电压不均衡，大大提高了高压穿越的成功率，达到了新能源电站接入电网的相关技术标准要求。

第三实施例

本申请第三实施例提供一种存储介质，所述存储介质上存储有高压穿越控制程序，所述高压穿越控制程序被所述处理器执行时用于实现第一实施例所述的高压穿越控制方法的步骤。

本申请实施例的存储介质，在电网故障状态下，区分不同的电网电压高压穿越方式，并采取不同的直流母线电压均衡控制措施；有效抑制各相直流母线电压不均衡，大大提高了高压穿越的成功率，达到了新能源电站接入电网的相关技术标准要求。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims

1.一种高压穿越控制方法，该方法用于级联型静止无功发生器，所述高压穿越控制方法包括：

根据所述电网电压的高压穿越方式，选择相应的直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制；

在所述电网电压的高压穿越方式为不对称高压穿越的情况下，选择不对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制；所述不对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略包括提高相间直流母线电压均衡控制器的比例积分系数、并在三相输出的相电压比较值上叠加一个相均衡零序分量；

在所述电网电压的高压穿越方式为对称高压穿越的情况下，选择对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略对直流母线电压进行控制；所述对称高压穿越直流母线电压均衡控制策略包括增大相间直流母线电压均衡控制器的比例积分系数、并增大相间直流母线电压均衡控制器的叠加量。

2.根据权利要求1所述的高压穿越控制方法，其特征在于，所述根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式，之前还包括：

根据所述电网电压分量，得到电网电压模值；

3.根据权利要求2所述的高压穿越控制方法，其特征在于，所述根据所述电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越，之前还包括：

4.根据权利要求2所述的高压穿越控制方法，其特征在于，所述根据所述电网电压模值和额定电网相电压峰值，判断电网电压是否发生高压穿越，包括：

5.根据权利要求1所述的高压穿越控制方法，其特征在于，所述根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式，之前还包括：

6.根据权利要求1所述的高压穿越控制方法，其特征在于，所述根据电网电压不平衡度确定电网电压的高压穿越方式，包括：

7.一种级联型静止无功发生器，其特征在于，所述级联型静止无功发生器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的高压穿越控制程序，所述高压穿越控制程序被所述处理器执行时用于实现如权利要求1至6中任一项所述的高压穿越控制方法的步骤。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有高压穿越控制程序，所述高压穿越控制程序被处理器执行时用于实现如权利要求1至6中任一项所述的高压穿越控制方法的步骤。