CN109921460A - 一种变流器柔性并网控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变流器柔性并网控制方法，与现有技术相比，减少了并网时电容电流冲击，无需PI控制环以及复杂的坐标变换，且采用电压闭环控制，其抗干扰能力强并易于数字化实现。
Description
技术领域
本发明涉及变流器并网控制技术领域，更具体的说是涉及一种变流器柔性并网控制方法。
背景技术
随着单台变流器功率越来越大以及电网对用电设备谐波要求越来越高，用于无功补偿以及滤波的电容不断的增加，部分行业变流器的滤波电容值、直流母线电容都达到mF级，如果不采取合理的并网方法，冲击电流达到数千安培，严重危害变流器相关部件的安全性。所以变流器柔性并网控制方法必将成为变流器关键技术研究的热点，市场前景广阔。
目前，传统变流器柔性并网过程参见附图1，具体如下：1、控制器合闸 K1通过整流桥以及预充电电阻R1向中间直流母线电容C充电；2、充电完成后，启动变流器电压开环运行，控制变流器输出电压的相位和幅值与电网电压同步即幅值和相位一致；3、完成变流器输出电压与网压同步后，即确保滤波电容器C1两端电压与网压Ula同步，控制K2合闸；4、接收到K2合闸反馈指令后，变流器再切换到电流闭环运行，实现能量的流动。该方法主要缺点：变流器运行在开环模式下，实现变流器输出电压的相位和幅值与电网电压同步，抗干扰能力差，控制精度不够。
因此，如何提供一种抗干扰能力强的变流器柔性并网控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变压器柔性并网控制方法，其抗干扰能力强。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变流器柔性并网控制方法，包括：
网侧变流器实时检测三相网压Ula、Ulb、Ulc，并经过坐标变换abc/αβ变换得到三相网压α、β轴分量Ulα、Ulβ；
检测直流母线电压Udc，并根据式(a)以及8种开关矢量表计算得变流器三相电压Uka、Ukb、Ukc，经过坐标变换abc/αβ变换得到变流器输出电压的α、β轴分量Ukα、Ukβ；
其中，S1、S2、S3为变流器每相开关器件的开关状态；
根据式(b)预测出电容端电压Uca、Ucb和Ucc，并经过坐标变换abc/αβ变换得到Ucα、Ucβ；
其中，x分别为a、b、c，L1为网侧滤波电感，C1为滤波电容；Ucα、Ucβ为并网接触器后端电容器端电压α、β轴分量；
根据式(c)确定每个计算周期最小λmin对应的开关矢量，当λmin达到预设阈值时，发出接触器合闸指令，从而实现变流器柔性并网控制；
其中，x分别为a、b、c，λmin＝min([Ulα-Ucα]2+[Ulβ-Ucβ]2)，T为计算周期。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种变流器柔性并网控制方法，与现有技术相比，减少了并网时电容电流冲击，无需PI 控制环以及复杂的坐标变换，且采用电压闭环控制，其抗干扰能力强并易于数字化实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为传统变流器柔性并网控制系统的示意图；
图2为本发明提供的变流器柔性并网控制系统的示意图；
图3为在没有采取任何柔性并网控制时的实验结果图；
图4为采用传统的电压开环下的实验结果图；
图5为采用本发明提供的变流器柔性并网控制方法的实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图2，本发明提供了一种基于电网电压模型预测控制的变流器柔性并网控制方法，在论述具体技术方案之前，先对本发明技术方案涉及到一些相关内容进行论述。
变流器输出电压Uk，用如下公式表示：
其中，S1、S2、S3为变流器每相开关器件的开关状态，其中为 0代表关断状态，1代表导通状态，即根据变流器8种开关状态，得到8种Uk，网侧接触器合闸之前，系统状态方程：
式中，ia、ib、ic分别为网侧变流器三相输出电流，Uca、Ucb、Ucc分别为电容端电压，也是网侧接触器一边的电压。Uka、Ukb、Ukc为变流器三相输出电压，C1为滤波电容，L1为网侧滤波电感。为了便于分析，只取a相进行分析。
把式(5)代入(4)得：
对式(6)两边取拉氏变换
Uka(s)＝Uca(s)+L1C1s2Uca(s) (7)
由式(7)得
对式(8)离散化得
取z反变换得
基于同样的原理，利用式(10)预测出电容器C的电压Uca(k)、Ucb(k)、Ucc(k)。
要实现变流器柔性并网控制，即保证并网接触器两端电压幅值和相位完全一致，为了使得接触器两端误差尽可能的小，需要引入一个评价函数
λ＝[Ulα-Ucα]2+[Ulβ-Ucβ]2 (11)
式中，Ulα、Ulβ为电网电压的αβ坐标系下的分量，Ucα、Ucβ为并网接触器后端电容器端电压的αβ坐标系下的分量。
对于式(9)，可变的变量Ukβ、Ukα都可由式(1)计算得到，每个开关周期内，可以计算八种开关矢量对应的λ，下一个开关周期作用的矢量应保证λ最小即可。
基于上述基础，参见附图2，本发明实施例公开了一种变流器柔性并网控制方法，包括：
网侧变流器实时检测三相网压Ula、Ulb、Ulc，并经过坐标变换abc/αβ变换得到三相网压α、β轴分量Ulα、Ulβ；
检测直流母线电压Udc，并根据式(a)以及8种开关矢量表计算得变流器三相电压Uka、Ukb、Ukc，经过坐标变换abc/αβ变换得到变流器输出电压的α、β轴分量Ukα、Ukβ，其中，8种开关矢量表为[000,001,010,011,100,101,110,111]；
其中，S1、S2、S3为变流器每相开关器件的开关状态，其中为 0代表关断状态，1代表导通状态；
根据式(b)预测出电容端电压Uca、Ucb和Ucc，并经过坐标变换abc/αβ变换得到Ucα、Ucβ；
其中，x分别为a、b、c，L1为网侧滤波电感，C1为滤波电容；
根据式(c)确定每个计算周期最小λmin对应的开关矢量，当λmin达到预设阈值时，发出接触器合闸指令，从而实现变流器柔性并网控制；
其中，x分别为a、b、c，λmin＝min([Ulα-Ucα]2+[Ulβ-Ucβ]2)，T为计算周期。
这里所论述的预先设定的阈值一般根据实际工程应用而定，即满足电容电压与电网电压的幅值、相位的差值达到工程可接受的值即可。
每个计算周期内，Ukx(z)存在八种值，根据公式c，也存在八种Ucx(z)，同时根据λmin＝min([Ulα-Ucα]2+[Ulβ-Ucβ]2)得出使λmin时对应的开关矢量，并作用开关管。每个周期不停循环，直到λmin达到设定阈值时，才发出合闸指令。
这里需要说明的是，本发明只是使用了两侧abc/αβ变换，传统方法不仅仅需要abc/αβ变换还需要αβ/dq变换。
与现有技术相比，本发明公开提供的变流器柔性并网控制方法减少了并网时电容电流冲击，无需PI控制环以及复杂的坐标变换，且采用电压闭环控制，其抗干扰能力强并易于数字化实现。
下面结合实验结果对本发明的技术方案做进一步说明。
参见附图3～附图5，从图3看出，在没有采取任何柔性并网控制时，并网时电容电流冲击达到1150A，严重超过其正常运行电流150A，大大减少使用寿命。图4中，采用传统的电压开环下，并网时电容电流冲击达到350A，基本达到其承受的冲击电流范围之内，但是为了进一步解决并网时冲击电流问题，从图5中可以看出，本发明提出的方法可以进一步降低并网时电容冲击电流问题，其冲击电流基本与正常运行时，电流保持一致，大大提高电容的使用寿命。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种变流器柔性并网控制方法，其特征在于，包括：
网侧变流器实时检测三相网压Ula、Ulb、Ulc，并经过坐标变换abc/αβ变换得到三相网压α、β轴分量Ulα、Ulβ；
检测直流母线电压Udc，并根据式(a)以及8种开关矢量表计算得变流器三相电压Uka、Ukb、Ukc，经过坐标变换abc/αβ变换得到变流器输出电压的α、β轴分量Ukα、Ukβ；
其中，S1、S2、S3为变流器每相开关器件的开关状态；
根据式(b)预测出电容端电压Uca、Ucb和Ucc，并经过坐标变换abc/αβ变换得到Ucα、Ucβ；
其中，x分别为a、b、c，L1为网侧滤波电感，C1为滤波电容；Ucα、Ucβ为并网接触器后端电容器端电压α、β轴分量；
根据式(c)确定每个计算周期最小λmin对应的开关矢量，当λmin达到预设阈值时，发出接触器合闸指令，从而实现变流器柔性并网控制；
其中，x分别为a、b、c，λmin＝min([Ulα-Ucα]2+[Ulβ-Ucβ]2)，T为计算周期。
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