CN110350551A - 一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统 - Google Patents
一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110350551A CN110350551A CN201910500521.6A CN201910500521A CN110350551A CN 110350551 A CN110350551 A CN 110350551A CN 201910500521 A CN201910500521 A CN 201910500521A CN 110350551 A CN110350551 A CN 110350551A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- amplitude
- instruction
- value
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 229960001484 edetic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000000819 phase cycle Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
-
- H02J3/382—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统，包括：根据直流母线电压指令值与直流母线电压间的差值，获取有功电流指令值；且根据无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的差值，获取无功电流指令值；将有功电流指令值与有功电流反馈值的差值通过d轴电流控制器和校正器获取内电势角频率指令；且将无功电流指令值与无功电流反馈值间的差值通过q轴电流控制器和校正器获取内电势幅值指令；将内电势幅值指令与内电势角频率指令通过PWM调制生成内电势幅值与角频率。本发明避免了在弱电网情况下并网变换装置因锁相环快速动作而引起振荡的问题，同时本发明可在孤岛条件下独立运行。
Description
技术领域
本发明属于电气工程控制领域，更具体地，涉及一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统。
背景技术
传统电力系统基于集中式发电，发电机为水、蒸汽或燃气轮机驱动的大型三相同步发电机，当电网发生扰动时同步发电机通过励磁调节与转子动态支撑发电机的输出电压与频率，因此，电机的内电势不会因为电网扰动而迅速变化，有利于维持电力系统的稳定。
当可再生能源发电装置经并网变换装置接入电力系统时，并网变换装置通常采用快速锁相环与电网电压同步。锁相环(phase-locked loop，PLL)是获取相位信息的常用方法，其同步的精度受电网电压的谐波、电压暂降和骤升、三相不平衡等的影响。理想的PLL应当在电网电压畸变或扰动(包括负序扰动)情况下能够快速精确地获得电网电压正序分量的相位信息。然而实际情况下，锁相环需要在动态特性与稳态精度之间进行平衡，例如电网电压出现畸变时，适当降低PLL带宽获得较为精确的相位信息，但其动态响应速度会降低。
电力系统关注的主要目标是系统电压幅值/频率动态，其与整个系统的有功/无功功率平衡密切相关，而现有的基于锁相环控制的装置无法直接为系统电压幅值/频率提供支撑。此外，并网变换装置采用锁相环控制主要面临两方面问题：一方面，当可再生能源发电占比较大的时候，若并网变换装置采用基于端电压锁相的控制方法，电网的扰动会经过锁相环和电流环引起电网中众多并网变换装置响应，但是由于锁相环快速动作，并网变换装置在几个毫秒的偏差内能够跟踪电网频率，因此，并网变换装置的响应并不能对电网的扰动起到抑制作用；另一方面，可再生能源大部分是基于分布式发电，分布式电源通常要求能够在孤岛模式下运行，锁相环控制需要电网频率或相位作为控制基准，因此，只使用锁相环控制时并网变换装置是无法正常工作的。
从可再生能源发展的形式来看，并网变换装置需要在光伏风电高渗透率的情况下稳定运行，并且在电网电压发生波动的情况下能够帮助系统电压恢复稳定，同时能满足孤岛运行的需求。在这种情况下并网变换装置需良好的性能，一方面电力电子并网变换装置的同步环节应具备快速的响应特性和较小的稳态误差；另一方面并网变换装置也需要对电网电压的各种扰动有较强的抑制能力，并且在孤岛条件下也能够正常运行。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统，旨在解决现有的并网变换装置采用锁相环与电网电压同步，无法抑制电网扰动时产生的电力系统振荡的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法，包括：
S1：检测直流母线电压和三相交流电压，计算瞬时无功功率幅值；
S2：将直流母线电压指令值与直流母线电压间的差值通过直流电压控制器获取有功电流指令值；
且将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的差值通过无功功率控制器获取无功电流指令值；
S3：将有功电流指令值与有功电流反馈值间的差值依次通过d轴电流控制器和校正器获取内电势角频率指令；
且将无功电流指令值与无功电流反馈值间的差值依次通过q轴电流控制器和校正器获取内电势幅值指令；
S4：将内电势幅值指令与内电势角频率指令通过PWM调制生成并网变换装置的内电势幅值与角频率。
优选地，步骤S2中通过直流电压控制器获取有功电流指令值的方法为：
当直流母线电压低于直流母线电压指令值时，减小有功电流指令值；
当直流母线电压高于直流母线电压指令值时，增大有功电流指令值；
当直流母线电压等于直流母线电压指令值时，保持有功电流指令值不变。
优选地，步骤S2中通过无功功率控制器获取无功电流指令值的方法为：
当无功功率幅值低于无功功率幅值指令值时，减小无功电流指令值；
当无功功率幅值高于无功功率幅值指令值时，增大无功电流指令值；
当无功功率幅值等于无功功率幅值指令值时，保持无功电流指令值不变。
优选地，步骤S3中d轴电流控制器和校正器获取内电势角频率指令的方法为：
当有功电流反馈值大于有功电流指令时，减小内电势角频率指令；
当有功电流反馈值小于有功电流指令时，增大内电势角频率指令；
当有功电流反馈值等于有功电流指令时，内电势角频率指令保持不变。
优选地，步骤S3中q轴电流控制器和校正器获取内电势幅值指令的方法为：
当无功电流反馈值小于无功电流指令时，减小内电势幅值指令；
当无功电流反馈值大于无功电流指令时，增大内电势幅值指令；
当无功电流反馈值等于无功电流指令时，内电势幅值指令保持不变。
本发明提供了一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制系统，包括：直流电压调节器、d轴电流调节器、无功功率调节器、q轴电流调节器和积分器；
直流电压调节器的输出端连接d轴电流调节器的输入端，用于比较直流母线电压指令值与直流母线电压，并根据比较结果输出有功电流指令值；
d轴电流调节器的输出端连接积分器，用于比较有功电流指令值与有功电流反馈值，根据比较结果输出内电势角频率指令；
无功功率调节器的输出端连接q轴电流调节器的输入端，用于比较无功功率幅值指令值与无功功率幅值，并根据比较结果获取无功电流指令值；
q轴电流调节器用于比较无功电流指令值与无功电流反馈值，根据比较结果输出内电势幅值指令；
积分器用于将内电势角频率指令进行积分获取内电势相位指令。
优选地，直流电压调节器包括第一减法器和第二PI控制器；第一减法器的输出端连接第一PI控制器的输入端，用于将接收的直流母线电压指令值与直流母线电压做差输出两者间的误差；第一PI控制器用于将直流母线电压指令值与直流母线电压间的误差进行PI调节，输出有功电流指令值；
优选地，d轴电流调节器包括第二减法器、第二PI控制器和频率校正器；第二减法器的输入端连接直流电压调节器的输出端，其输出端连接第二PI控制器的输入端，用于将有功电流指令值和有功电流反馈值做差输出两者间的误差；第二PI控制器的输出端连接频率校正器的输入端，用于将有功电流指令值与有功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始角频率；频率校正器用于将内电势初始角频率校正输出内电势角频率指令；
优选地，无功功率调节器包括第三减法器和第三PI控制器；第三减法器的输出端连接第三PI控制器的输入端，用于将接收的无功功率幅值指令值与无功功率幅值做差输出两者间的误差；第三PI控制器用于将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的误差进行PI调节，输出无功电流指令值；
优选地，q轴电流调节器包括第四减法器、第四PI控制器和幅值校正器；第四减法器的输入端连接无功功率调节器的输出端，其输出端连接PI控制器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值做差输出两者间的误差；第四PI控制器的输出端连接幅值校正器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始幅值；幅值校正器用于将内电势初始幅值校正输出内电势幅值指令。
一种电压源型并网变换装置，包括滤波器，开关电路、直流母线电容，交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器、直流电压调节器、d轴电流调节器、积分器、无功功率调节器、q轴电流调节器、坐标变换器、PWM调制器和计算单元；
滤波器的一端连接开关电路的交流侧，另一端与电网相连；开关电路的直流侧连接直流母线电容的一端；直流电压传感器的一端连接直流母线电容的另一端，其另一端连接直流电压调节器的一端；直流电压调节器的另一端连接d轴电流调节器的一端；d轴电流调节器的另一端连接积分器；计算单元的一端连接无功功率调节器的一端；无功功率调节器的另一端连接q轴电流调节器的一端；
直流电压传感器用于采集直流电容上的直流母线电压；直流电压调节器用于比较直流母线电压指令值与直流母线电压，并根据比较结果输出有功电流指令值；d轴电流调节器用于比较有功电流指令值与有功电流反馈值，根据比较结果输出内电势角频率指令；积分器用于将电压角频率指令进行积分获取内电势相位指令；
交流电压传感器用于采集并网端的三相交流电压，交流电流传感器用于采集三相交流电流，计算单元用于根据三相交流电压和三相交流电流计算并网端的无功功率或交流电压幅值；
无功功率调节器用于比较无功功率幅值指令值与无功功率幅值，并根据比较结果获取无功电流指令值；q轴电流调节器用于比较无功电流指令值与无功电流反馈值，根据比较结果输出内电势幅值指令；
坐标变换器用于将极坐标系下的内电势幅值指令和内电势相位指令转换为三相交流内电势；PWM调制器用于将三相交流内电势转换为PWM波控制开关电路。
进一步地，直流电压调节器包括第一减法器和第一PI控制器；第一减法器的输出端连接PI控制器的输入端，用于将接收的直流母线电压指令值与直流母线电压做差输出两者间的误差；第一PI控制器用于将直流母线电压指令值与直流母线电压间的误差进行PI调节，输出有功电流指令值；
进一步地，d轴电流调节器包括第二减法器、第二PI控制器和频率校正器；第二减法器的输入端连接直流电压调节器的输出端，其输出端连接PI控制器的输入端，用于将有功电流指令值和有功电流反馈值做差输出两者间的误差；第二PI控制器的输出端连接频率校正器的输入端，用于将有功电流指令值与有功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始角频率；频率校正器用于将内电势初始角频率校正输出内电势角频率指令；
进一步地，无功功率调节器包括第三减法器和第三PI控制器；第三减法器的输出端连接第三PI控制器的输入端，用于将接收的无功功率幅值指令值与无功功率幅值做差输出两者间的误差；第三PI控制器用于将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的误差进行PI调节，输出无功电流指令值；
进一步地，q轴电流调节器包括第四减法器、第四PI控制器和幅值校正器；第四减法器的输入端连接无功功率调节器的输出端，其输出端连接第四PI控制器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值做差输出两者间的误差；第四PI控制器的输出端连接幅值校正器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始幅值；幅值校正器用于将内电势初始幅值校正输出内电势幅值指令。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、传统矢量电流控制方法通过锁相环迅速跟踪电网电压，使其表现出电流源特性，当传统电力系统出现扰动时并网变换装置会快速调节输出电压，进而输出电流快速跟踪电流指令值，因此传统矢量电流控制方法无法对电网电压幅值频率提供支撑，不利于维持电力系统的稳定性，而本发明采用电流直接幅频控制类似于同步发电机，当系统发生扰动时，并网变换装置输出电压不会立即改变，进而能够为电网提供有功/无功功率的支撑，因此可帮助电力系统维持电压幅值频率的稳定性。
2、传统矢量电流控制需要使用锁相环进行同步，因此需要电网频率或相位作为自身的控制基准，使得并网变换装置无法像同步发电机一样脱离电网独立运行；而本发明采用的电流直接幅频控制类似于同步发电机控制方法，无需电网信息，可单独作为同步电源运行。
附图说明
图1是本发明提供的并网变换装置电流直接幅频控制方法的基本原理示意图；
图2是本发明提供的实现有功/无功电流指令的流程图；
图3是本发明提供的实现输出电压幅频指令的流程图；
图4是本发明提供的并网变换装置的结构示意图；
图5是本发明提供的并网变换装置的输出电压频率的生成控制图；
图6是本发明提供的并网变换转置的输出电压幅值的生成控制图；
图7是本发明提供的电流直接幅值/频率控制方法的频率信号生成的线性化模型；
图8是本发明提供的电流直接幅值/频率控制方法的幅值信号生成的线性化模型。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
本发明旨在解决大规模可再生能源并网情形下当并网变换装置采用锁相控制方法时因电网扰动引起并网变换转置快速动作而产生电力系统振荡的问题，以及可再生能源发电装置在孤岛情况下无法正常运行的问题。本发明提出的电压源型并网变换装置的电流直接幅频控制方法，解决上述问题在于摈弃传统基于端电压锁相环的控制方法，而采用无锁相环结构。本发明以并网变换装置输出电压矢量进行d轴定向，并以此建立dq旋转坐标系，进而基于dq旋转坐标系进行控制。并网变换装置输出电压矢量由电流控制器输出，与电网相位无关，因此不会因为电网扰动发生突变，可以抑制电网电压的波动，有助于提高系统电力系统电压的稳定，并且因为不需要锁相环跟踪电网位置，因此在孤岛模式下能够正常运行。本发明将并网变换转置的输出电压统称为并网变换装置内电势。
图1为电流直接幅频控制方法的基本原理示意图，直流母线电压Udc通过直流电压环以及d轴(有功)电流环控制生成内电势角频率指令ω；无功功率幅值Q(三相电压幅值Vt)通过无功功率环(端电压环)与q轴(无功)电流环生成内电势幅值指令E。
基于上述的论述，本发明提供了一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法，包括：
S1：检测直流母线电压和三相交流电压，计算瞬时无功功率幅值；
具体地，如图2所示，检测直流母线电压Udc，采集三相交流电压Vabc与三相交流电流Iabc，并计算瞬时无功功率幅值Q(三相电压幅值Vt)；
S2：将直流母线电压指令值与直流母线电压间的差值通过直流电压控制器获取有功电流指令值；
且将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的差值通过无功功率控制器获取无功电流指令值；
具体地，如图2所示，判断直流母线电压Udc是否等于直流母线电压指令Udcref，无功功率幅值Q是否等于无功功率幅值指令值Qdcref，进而调节直输出电流指令值
更为具体地，当直流母线电压Udc低于直流母线电压指令值Udcref时，减小有功电流指令值当直流母线电压Udc高于直流母线电压指令值Udcref时，增大有功电流指令值当直流母线电压Udc等于直流母线电压指令值Udcref时，保持有功电流指令值不变；
当无功功率幅值Q低于无功功率幅值指令Qdcref，减小无功电流指令值当无功功率幅值Q高于无功功率幅值指令Qdcref，增大无功电流指令值当无功功率幅值Q等于无功功率幅值指令Qdcref，保持无功电流指令值不变；
S3：将有功电流指令值与有功电流反馈值间的差值依次通过d轴电流控制器和校正器获取内电势角频率指令；
且将无功电流指令值与无功电流反馈值间的差值依次通过q轴电流控制器和校正器获取内电势幅值指令；
具体地，如图3所示，以并网变换装置输出电压矢量进行d轴定向，并以此建立旋转的dq坐标系，进而将检测的交流侧三相交流电流Iabc在dq坐标系下进行Park变换，进而得到有功电流反馈值id与无功电流反馈值iq；
判断有功电流反馈值id是否等于有功电流指令无功电流反馈值iq是否等于无功电流指令进而调节内电势的角频率频率和幅值；
当有功电流反馈值id大于有功电流指令时，减小内电势角频率指令ω；
当有功电流反馈值id小于有功电流指令时，增大内电势角频率指令ω；
当有功电流反馈值id等于有功电流指令时，内电势角频率指令ω保持不变；
当无功电流反馈值iq小于无功电流指令时，减小内电势幅值指令E；
当无功电流反馈值iq大于无功电流指令时，增大内电势幅值指令E；
当无功电流反馈值iq等于无功电流指令时，内电势幅值指令E保持不变；
S4：将内电势幅值指令与内电势角频率指令通过PWM调制生成并网变换装置的内电势幅值与角频率。
本发明提供了一种电压源并网变换转置电流直接幅频控制系统，包括：直流电压调节器7、d轴电流调节器8、无功功率调节器13、q轴电流调节器14和积分器10；
直流电压调节器7的输出端连接d轴电流调节器8的输入端，用于比较直流母线电压指令值Udcref与直流母线电压Udc，并根据比较结果输出有功电流指令值
d轴电流调节器8的输出端连接积分器10，用于比较有功电流指令值与有功电流反馈值id，根据比较结果输出内电势角频率指令ω；
无功功率调节器13的输出端连接q轴电流调节器14的输入端，用于比较无功功率幅值指令值Qdcref与无功功率幅值Q，并根据比较结果获取无功电流指令值
q轴电流调节器8用于比较无功电流指令值与无功电流反馈值iq，根据比较结果输出内电势幅值指令E；
积分器10用于将内电势角频率指令ω进行积分获取内电势相位指令θ。
优选地，直流电压调节器7包括第一减法器71和第一PI控制器72；第一减法器71的输出端连接第一PI控制器72的输入端，用于将接收的直流母线电压指令值Udcref与直流母线电压Udc做差输出两者间的误差；第一PI控制器72用于将直流母线电压指令值Udcref与直流母线电压Udc间的误差进行PI调节，输出有功电流指令值
优选地，d轴电流调节器8包括第二减法器81、第二PI控制器82和频率校正器83；所述第二减法器81的输入端连接直流电压调节器7的输出端，其输出端连接第二PI控制器82的输入端，用于将有功电流指令值和有功电流反馈值id做差输出两者间的误差；所述第二PI控制器的输出端连接频率校正器83的输入端，用于将有功电流指令值与有功电流反馈值id间的误差进行PI调节，输出内电势初始角频率ω*；频率校正器83用于将内电势初始角频率ω*校正输出内电势角频率指令ω；
无功功率调节器13包括第三减法器131和第三PI控制器132；第三减法器131的输出端连接第三PI控制器132的输入端，用于将接收的无功功率幅值指令值Qdcref与无功功率幅值Q做差输出两者间的误差；第三PI控制器132用于将无功功率幅值指令值Qdcref与无功功率幅值Q间的误差进行PI调节，输出无功电流指令值
q轴电流调节器14包括第四减法器141、第四PI控制器142和幅值校正器143；第四减法器141的输入端连接无功功率调节器13的输出端，其输出端连接第四PI控制器142的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值iq做差输出两者间的误差；第四PI控制器142的输出端连接幅值校正器143的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值iq间的误差进行PI调节，输出内电势初始幅值E*；幅值校正器143用于将内电势初始幅值E*校正输出内电势幅值指令E。
如图4所示，本发明提供了一种电压源型并网变换装置，包括：滤波器4，开关电路1、直流母线电容2，交流电压传感器5、交流电流传感器6、直流电压传感器3、直流电压调节器7、d轴电流调节器8、积分器10、无功功率调节器13、q轴电流调节器14、坐标变换器11、PWM调制器12和计算单元9；
滤波器4的一端连接开关电路1的交流侧，另一端与电网相连；所述开关电路1的直流侧连接直流母线电容2的一端；直流电压传感器3的一端连接直流母线电容2的另一端，其另一端连接直流电压调节器7的一端；直流电压调节器7的另一端连接d轴电流调节器8的一端；d轴电流调节器8的另一端连接积分器10；计算单元9的一端连接无功功率调节器13的一端；无功功率调节器13的另一端连接q轴电流调节器14的一端；
直流电压传感器7用于采集直流母线电容2上的直流母线电压Udc；直流电压调节器7用于比较直流母线电压指令值Udcref与直流母线电压Udc，并根据比较结果输出有功电流指令值d轴电流调节器8用于比较有功电流指令值与有功电流反馈值id，根据比较结果输出内电势角频率指令ω；积分器10用于将内电势角频率指令ω进行积分获取内电势相位指令θ；
交流电压传感器5用于采集并网端的三相交流电压Vabc，所述交流电流传感器6用于采集三相交流电流Iabc，计算单元9用于根据三相交流电压Vabc和三相交流电流Iabc计算并网端的无功功率幅值Q或交流电压幅值Vt；
无功功率调节器13用于比较无功功率幅值指令值Qdcref与无功功率幅值Q，并根据比较结果获取无功电流指令值q轴电流调节器8用于比较无功电流指令值与无功电流反馈值iq，根据比较结果输出内电势幅值指令E；
坐标变换器11用于将极坐标系下的内电势幅值指令和内电势相位指令转换为三相交流内电势；PWM调制器12用于将三相交流内电势转换为PWM波控制开关电路。
图5为并网变换装置内电势频率(相位)生成控制框图。直流母线检测直流母线电压Udc，其与直流母线电压指令值Udcref一并输入第一减法器71输出两者间的误差，第一PI控制器72对误差进行PI调节输出有功电流指令再将有功电流指令与图4坐标变换器10输出的有功电流反馈值id输入第二减法器81输出两者的误差，第二PI控制器对误差进行PI调节输出初始内电势角频率ω*，初始角频率ω*再通过频率校正器83输出内电势角频率指令ω；
图6为并网变换装置内电势幅值生成控制框图。图4中的计算单元9输出的无功功率幅值Q与无功功率幅值指令值Qdcref一并输入第三减法器131输出两者间的误差，第三PI控制器132对误差进行PI调节并输出无功电流指令值再将图4坐标变换器10输出的无功电流反馈值iq与无功电流指令值一并输入第四减法器141输出两者间的误差，第四PI控制器142对两者的误差进行PI调节输出内电势初始幅值E*，内电势初始幅值E*再通过幅值校正器143输出内电势幅值指令E；
图7为电流直接幅频控制中频率控制的线性化模型，图中方框内采用传递函数的形式，从左到右依次为第一PI控制器的传递函数PIdc(s)、第二PI控制器的传递函数PId(s)、频率校正器的校正函数Td(s)、积分器的积分函数、内电势输出相位与有功电流的线性化传递函数GθId(s)；
图8为电流直接幅频控制中幅值控制的线性化模型，图中方框内采用传递函数的形式，从左到右依次为第三PI控制器的传递函数PIQ(s)、第四PI控制器的传递函数PIq(s)、幅值校正器的校正函数Tq(s)、内电势输出幅值与无功电流的线性化传递函数GEId(s)。
本发明采用电流直接幅频控制类似于同步发电机，当系统发生扰动时，并网变换装置输出电压不会立即改变，进而能够为电网提供有功/无功功率的支撑，因此可帮助电力系统维持电压幅值频率的稳定性。
同时本发明采用的电流直接幅频控制类似于同步发电机控制方法，无需电网信息，可单独作为同步电源运行。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法，其特征在于，包括：
S1：检测直流母线电压和三相交流电压，计算瞬时无功功率幅值；
S2：将直流母线电压指令值与直流母线电压间的差值通过直流电压控制器获取有功电流指令值；
且将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的差值通过无功功率控制器获取无功电流指令值；
S3：将有功电流指令值与有功电流反馈值间的差值依次通过d轴电流控制器和校正器获取内电势角频率指令；
且将无功电流指令值与无功电流反馈值间的差值依次通过q轴电流控制器和校正器获取内电势幅值指令；
S4：将内电势幅值指令与内电势角频率指令通过PWM调制器生成并网变换装置的内电势幅值与角频率。
2.如权利要求1所述的电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法，其特征在于，所述S2中通过直流电压控制器获取有功电流指令值的方法为：
当直流母线电压低于直流母线电压指令值时，减小有功电流指令值；
当直流母线电压高于直流母线电压指令值时，增大有功电流指令值；
当直流母线电压等于直流母线电压指令值时，保持有功电流指令值不变。
所述S2中通过无功功率控制器获取无功电流指令值的方法为：
当无功功率幅值低于无功功率幅值指令值时，减小无功电流指令值；
当无功功率幅值高于无功功率幅值指令值时，增大无功电流指令值；
当无功功率幅值等于无功功率幅值指令值时，保持无功电流指令值不变。
3.如权利要求1或2所述的电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法，其特征在于，所述S3中d轴电流控制器和校正器获取内电势角频率指令的方法为：
当有功电流反馈值大于有功电流指令时，减小内电势角频率指令；
当有功电流反馈值小于有功电流指令时，增大内电势角频率指令；
当有功电流反馈值等于有功电流指令时，内电势角频率指令保持不变。
所述S3中q轴电流控制器和校正器获取内电势幅值指令的方法为：
当无功电流反馈值小于无功电流指令时，减小内电势幅值指令；
当无功电流反馈值大于无功电流指令时，增大内电势幅值指令；
当无功电流反馈值等于无功电流指令时，内电势幅值指令保持不变。
4.一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制系统，包括：直流电压调节器、d轴电流调节器、无功功率调节器、q轴电流调节器和积分器；
所述直流电压调节器的输出端连接d轴电流调节器的输入端，用于比较直流母线电压指令值与直流母线电压，并根据比较结果输出有功电流指令值；
所述d轴电流调节器的输出端连接积分器，用于比较有功电流指令值与有功电流反馈值，根据比较结果输出内电势角频率指令；
所述无功功率调节器的输出端连接q轴电流调节器的输入端，用于比较无功功率幅值指令值与无功功率幅值，并根据比较结果获取无功电流指令值；
所述q轴电流调节器用于比较无功电流指令值与无功电流反馈值，根据比较结果输出内电势幅值指令；
所述积分器用于将内电势角频率指令进行积分获取内电势相位指令。
5.如权利要求4所述的电压源型并网变换装置电流直接幅频控制系统，其特征在于，
所述直流电压调节器包括第一减法器和第一PI控制器；所述第一减法器的输出端连接第一PI控制器的输入端，用于将接收的直流母线电压指令值与直流母线电压做差输出两者间的误差；所述第一PI控制器用于将直流母线电压指令值与直流母线电压间的误差进行PI调节，输出有功电流指令值；
所述d轴电流调节器包括第二减法器、第二PI控制器和频率校正器；所述第二减法器的输入端连接直流电压调节器的输出端，其输出端连接第二PI控制器的输入端，用于将有功电流指令值和有功电流反馈值做差输出两者间的误差；所述第二PI控制器的输出端连接频率校正器的输入端，用于将有功电流指令值与有功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始角频率；频率校正器用于将内电势初始角频率校正输出内电势角频率指令。
6.如权利要求4所述的电压源型并网变换装置电流直接幅频控制系统，其特征在于，
所述无功功率调节器包括第三减法器和第三PI控制器；所述第三减法器的输出端连接PI控制器的输入端，用于将接收的无功功率幅值指令值与无功功率幅值做差输出两者间的误差；所述第三PI控制器用于将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的误差进行PI调节，输出无功电流指令值；
所述q轴电流调节器包括第四减法器、第四PI控制器和幅值校正器；所述第四减法器的输入端连接无功功率调节器的输出端，其输出端连接第四PI控制器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值做差输出两者间的误差；第四PI控制器的输出端连接幅值校正器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始幅值；幅值校正器用于将内电势初始幅值校正输出内电势幅值指令。
7.一种电压源型并网变换装置，其特征在于，包括：滤波器，开关电路、直流母线电容，交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器、直流电压调节器、d轴电流调节器、积分器、无功功率调节器、q轴电流调节器、坐标变换器、PWM调制器和计算单元；
所述滤波器的一端连接开关电路的交流侧，另一端与电网相连；所述开关电路的直流侧连接直流母线电容的一端；所述直流电压传感器的一端连接直流母线电容的另一端，其另一端连接直流电压调节器的一端；所述直流电压调节器的另一端连接d轴电流调节器的一端；所述d轴电流调节器的另一端连接积分器；所述计算单元的一端连接无功功率调节器的一端；所述无功功率调节器的另一端连接q轴电流调节器的一端；
所述直流电压传感器用于采集直流电容电容上的直流母线电压；所述直流电压调节器用于比较直流母线电压指令值与直流母线电压，并根据比较结果输出有功电流指令值；所述d轴电流调节器用于比较有功电流指令值与有功电流反馈值，根据比较结果输出内电势角频率指令；所述积分器用于将电压角频率指令进行积分获取内电势相位指令；
所述交流电压传感器用于采集并网端的三相交流电压，所述交流电流传感器用于采集三相交流电流，所述计算单元用于根据三相交流电压和三相交流电流计算并网端的无功功率或交流电压幅值；
所述无功功率调节器用于比较无功功率幅值指令值与无功功率幅值，并根据比较结果获取无功电流指令值；所述q轴电流调节器用于比较无功电流指令值与无功电流反馈值，根据比较结果输出内电势幅值指令；
所述坐标变换器用于将极坐标系下的内电势幅值指令和内电势相位指令转换为三相交流内电势；所述PWM调制器用于将三相交流内电势转换为PWM波控制开关电路。
8.如权利要求7所述的电压源型并网变换装置，其特征在于，所述直流电压调节器包括第一减法器和第一PI控制器；所述第一减法器的输出端连接第一PI控制器的输入端，用于将接收的直流母线电压指令值与直流母线电压做差输出两者间的误差；所述第一PI控制器用于将直流母线电压指令值与直流母线电压间的误差进行PI调节，输出有功电流指令值；
所述d轴电流调节器包括第二减法器、第二PI控制器和频率校正器；第二减法器的输入端连接直流电压调节器的输出端，其输出端连接PI控制器的输入端，用于将有功电流指令值和有功电流反馈值做差输出两者间的误差；第二PI控制器的输出端连接频率校正器的输入端，用于将有功电流指令值与有功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始角频率；频率校正器用于将内电势初始角频率校正输出内电势角频率指令。
9.如权利要求7或8所述的电压源型并网变换装置，其特征在于，所述无功功率调节器包括第三减法器和第三PI控制器；第三减法器的输出端连接第三PI控制器的输入端，用于将接收的无功功率幅值指令值与无功功率幅值做差输出两者间的误差；第三PI控制器用于将无功功率幅值指令值与无功功率幅值间的误差进行PI调节，输出无功电流指令值；
所述q轴电流调节器包括第四减法器、第四PI控制器和幅值校正器；第四减法器的输入端连接无功功率调节器的输出端，其输出端连接第四PI控制器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值做差输出两者间的误差；所述第四PI控制器的输出端连接幅值校正器的输入端，用于将无功电流指令值与无功电流反馈值间的误差进行PI调节，输出内电势初始幅值；幅值校正器用于将内电势初始幅值校正输出内电势幅值指令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910500521.6A CN110350551B (zh) | 2019-06-11 | 2019-06-11 | 一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910500521.6A CN110350551B (zh) | 2019-06-11 | 2019-06-11 | 一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110350551A true CN110350551A (zh) | 2019-10-18 |
| CN110350551B CN110350551B (zh) | 2021-12-03 |
Family
ID=68181740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910500521.6A Active CN110350551B (zh) | 2019-06-11 | 2019-06-11 | 一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110350551B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112909947A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-04 | 广西水利电力职业技术学院 | 一种交直交变换器的有功均衡方法 |
| CN114221358A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-22 | 华中科技大学 | 基于虚拟磁通实现幅频联合控制的暂态限流方法及系统 |
| CN115189625A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-10-14 | 新风光电子科技股份有限公司 | 一种变频器母线电压稳定控制方法和系统 |
| CN115276041A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-01 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 控制方法、装置、介质、控制器和风力发电机组 |
| CN116316904A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-06-23 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 构网型风力发电机组及其控制方法、控制器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110140438A1 (en) * | 2010-06-22 | 2011-06-16 | General Electric Company | Power conversion system and method for a rotary power generation system |
| CN103280842A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-09-04 | 华中科技大学 | 一种由直流电压生成变换器内频的同步控制方法及系统 |
| CN107579529A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-12 | 中国南方电网有限责任公司 | 一种基于并网变换器锁相环优化的同步机次同步抑制方法 |
| CN108777497A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-09 | 国网宁夏电力有限公司 | 一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略 |
| CN109066788A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-21 | 华北电力大学（保定） | 一种无需配置储能的负荷虚拟同步机控制装置及方法 |
-
2019
- 2019-06-11 CN CN201910500521.6A patent/CN110350551B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110140438A1 (en) * | 2010-06-22 | 2011-06-16 | General Electric Company | Power conversion system and method for a rotary power generation system |
| CN103280842A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-09-04 | 华中科技大学 | 一种由直流电压生成变换器内频的同步控制方法及系统 |
| CN107579529A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-01-12 | 中国南方电网有限责任公司 | 一种基于并网变换器锁相环优化的同步机次同步抑制方法 |
| CN108777497A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-09 | 国网宁夏电力有限公司 | 一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略 |
| CN109066788A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-21 | 华北电力大学（保定） | 一种无需配置储能的负荷虚拟同步机控制装置及方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112909947A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-04 | 广西水利电力职业技术学院 | 一种交直交变换器的有功均衡方法 |
| CN114221358A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-22 | 华中科技大学 | 基于虚拟磁通实现幅频联合控制的暂态限流方法及系统 |
| CN114221358B (zh) * | 2021-12-17 | 2023-09-01 | 华中科技大学 | 基于虚拟磁通实现幅频联合控制的暂态限流方法及系统 |
| CN115189625A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-10-14 | 新风光电子科技股份有限公司 | 一种变频器母线电压稳定控制方法和系统 |
| CN115276041A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-01 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 控制方法、装置、介质、控制器和风力发电机组 |
| CN116316904A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-06-23 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 构网型风力发电机组及其控制方法、控制器 |
| CN116316904B (zh) * | 2022-10-26 | 2024-05-03 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 构网型风力发电机组及其控制方法、控制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110350551B (zh) | 2021-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110350551A (zh) | 一种电压源型并网变换装置电流直接幅频控制方法及系统 | |
| CN105914778B (zh) | 基于虚拟同步发电机的微网逆变器多环路控制方法 | |
| Chilipi et al. | A multitasking control algorithm for grid-connected inverters in distributed generation applications using adaptive noise cancellation filters | |
| CN108683198A (zh) | 双馈风力发电机组的电压控制型虚拟同步方法 | |
| CN102305886B (zh) | 电网电压谐波畸变及不平衡时基波电压同步信号检测方法 | |
| CN108964040B (zh) | 电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法 | |
| CN110021953B (zh) | 电网电压不平衡时柔性多状态开关的直流侧电压控制方法 | |
| CN109103903A (zh) | 一种用于直驱风机引发次同步振荡的判断方法 | |
| JP2007124779A (ja) | 分散型電源システム及び系統安定化方法 | |
| CN111654062B (zh) | 一种双馈风力发电机组的虚拟同步控制方法及系统 | |
| US20210173423A1 (en) | Method for current limitation of a virtual synchronous machine | |
| CN103280842B (zh) | 一种由直流电压生成变换器内频的同步控制方法及系统 | |
| CN105790297A (zh) | 基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置 | |
| CN115021593B (zh) | 一种具有多尺度调频能力的混合整流器控制方法 | |
| CN102820884A (zh) | 基于二阶积分器的单相锁相环的控制方法 | |
| CN108494007A (zh) | 电网电压不平衡时基于直接功率控制的虚拟同步发电机控制方法 | |
| CN112271737B (zh) | 基于电感电流微分反馈的虚拟同步机强电网稳定控制方法 | |
| Dash et al. | Analysis of PI and PR controllers for distributed power generation system under unbalanced grid faults | |
| CN109755964A (zh) | 一种提高弱电网条件下双馈风电机组稳定性的控制方法 | |
| WO2023045469A1 (zh) | 电网频率检测方法和装置及电网频率调节方法和装置 | |
| CN112994111A (zh) | 考虑功率控制的永磁同步风机接入弱电网稳定性分析方法 | |
| CN115133578A (zh) | 无网压传感器的电压源并网换流器功率自同步控制方法 | |
| CN110718936A (zh) | 无锁相环的三相并网逆变器控制方法及系统 | |
| CN110460113B (zh) | 一种逆变器电源的机械惯性模拟方法 | |
| WO2014034427A1 (ja) | 静止型無効電力補償装置及び電圧制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |