CN111181177A - 一种可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,包括:S1:相关信号采集;S2:将相关信号进行处理,得到定子侧电网正序电压直流分量,定子电压、电流各直流分量;S3:按照预设电压控制方程进行处理,得到串联三相变换器各电压参考值直流分量;S4:进行坐标变换处理,得到串联三相变换器各电压参考值,然后将串联三相变换器各电压参考值相加,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器电压参考值;S5:将串联三相变换器电压参考值经过空间矢量调制,得到串联三相变换器开关的控制信号,并将其输入控制器,实现可变频率变压器的转矩和功率波动的抑制。本发明使可变频率变压器具备在双边不平衡且谐波电网电压下运行的能力。
Description
技术领域
本发明涉及电网异步互联技术领域,更具体地,涉及一种可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法。
背景技术
随着电力系统中不平衡和非线性负载的大量使用,电压不平衡和谐波畸变现象共同发生在输电线中的可能性逐渐增大。可变频率变压器的定子绕组和转子绕组分别连接两组输电线,因而可变频率变压器的两侧电网电压会同时发生不平衡且谐波畸变。
当可变频率变压器的两侧电网电压发生不平衡且谐波畸变时,流过可变频率变压器的电流将会不平衡且谐波畸变。不平衡且谐波畸变的电压和电流之间相互作用,会导致可变频率变压器的电磁转矩、有功功率和无功功率产生二倍转子旋转电角速度、六倍转子旋转电角速度、二倍定子同步角速度、二倍转子同步角速度、六倍定子同步角速度减二倍转子同步角速度、四倍定子同步角速度、六倍转子同步角速度减二倍定子同步角速度、六倍定子同步角速度、六倍转子同步角速度、八倍定子同步角速度、六倍定子同步角速度加二倍转子同步角速度、二倍定子同步角速度加六倍转子同步角速度、十二倍定子同步角速度和六倍定子同步角速度加六倍转子同步角速度的波动。电磁转矩的波动会降低机械系统的寿命,有功功率和无功功率的波动会降低电力系统的电能质量。
现有技术中,只涉及如何实现双边不平衡电网电压下可变频率变压器的故障穿越控制,并没有考虑不平衡的电网电压中负序分量和谐波畸变的电网电压中谐波分量共同导致的电磁转矩、有功功率和无功功率波动,因此无法实现双边不平衡且谐波电网电压下可变频率变压器的故障穿越控制。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的无法实现双边不平衡且谐波电网电压下可变频率变压器的故障穿越控制的缺陷,提供一种可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法。
所述方法包括以下步骤:
S1:采集定子绕组、定子侧电网、转子侧电网相关电压电流信号和转子旋转电相角;
S2:将定子绕组、定子侧电网、转子侧电网相关电压电流信号进行处理,得到定子侧电网正序电压直流分量,定子电压、电流各直流分量;
S3:将定子侧电网正序电压直流分量,定子电压、电流各直流分量,按照预设电压控制方程进行处理,得到串联三相变换器各电压参考值直流分量;
S4:将串联三相变换器各电压参考值直流分量分别经过坐标变换处理,得到串联三相变换器各电压参考值;然后将串联三相变换器各电压参考值相加,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器电压参考值;
S5:将串联三相变换器电压参考值经过处理,得到串联三相变换器开关的控制信号,并将其输入控制器,实现可变频率变压器的转矩和功率波动的抑制。
优选地,S2中定子绕组、定子侧电网、转子侧电网相关电压电流信号的处理手段包括坐标变换和陷波器处理。
优选地,S2具体操作为:
优选地, S3具体为:
将定子侧电网正序电压直流分量、定子正序电压直流分量、定子负
序电压直流分量、定子五次谐波电压直流分量、定子七次谐波电压直流
分量、定子正序电流直流分量、定子负序电流直流分量、定子
五次谐波电流直流分量和定子七次谐波电流直流分量按照预设电
压控制方程进行处理,得到串联三相变换器正序电压参考值直流分量、串联三
相变换器负序电压参考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流
分量、串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量、串联三相
变换器负序电压参考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流
分量和串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量。
优选地,预设电压控制方程如下:
其中,和分别是定子无功电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴正序电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴
负序电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴负序电压控制器的
比例系数和积分系数;和分别是定子d轴五次谐波电压控制器的比例系数和积
分系数;和分别是定子q轴五次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;
和分别是定子d轴七次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是
定子q轴七次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴负序电
流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴负序电流控制器的比例
系数和积分系数;和分别是定子d轴五次谐波电流控制器的比例系数和积分系
数;和分别是定子q轴五次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴七次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;和分别
是定子q轴七次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;
表示拉普拉斯算子,表示串联三相变换器正序电流直流分量参考值,表示的d轴分量,表示的q轴分量,
表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表
示的d轴分量,表示的q轴分量;
表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴
分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量;表示串联三相变换器正序电流直流分量参考值,根据系统所需的
无功功率进行设定,改变的设定值就可以改变系统的无功潮流。
优选地,S4所述的坐标变换具体为:两相旋转到两相静止坐标变换。
优选地,S4具体为:
将串联三相变换器正序电压参考值直流分量、串联三相变换器负序电压参
考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量、串
联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量、串联三相变换器负序电压参考
值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量和
串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量分别经过两相旋转到两相静
止坐标变换处理,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器正序电压参考值、
串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值、串联三相变换器七次谐波电压参考值、串联三相变换器负序电
压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值和串联三相变换
器七次谐波电压参考值;
将串联三相变换器正序电压参考值、串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值、串联三相变换器七次谐
波电压参考值、串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换
器五次谐波电压参考值和串联三相变换器七次谐波电压参考值相加,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器电压参考值。
得到的控制信号分别取反后,共6个开关管控制信号,控制串
联三相变换器的开关,调节串联三相变换器的输出电压,改变可变频率变压器的定子电压,
进而(1)抑制由定子侧电网不平衡且谐波电压引起的定子不平衡且谐波电压和定子不平衡
且谐波电流;(2)抑制由转子侧电网不平衡且谐波电压引起的定子不平衡且谐波电流。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:本发明使可变频率变压器具备在双边不平衡且谐波电网电压下运行的能力。
附图说明
图1为可变频率变压器故障穿越电路拓扑图。
图2为实施例1所述可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法流程示意图。
图中:1-定子侧电网、2-滤波电感、3-并联三相变换器、4-串联三相变换器、5-串联三相变压器、6-直流电容、7-H桥变换器、8-转子侧电网、9-可变频率变压器。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1:
本实施例提供一种可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,本实施例所述方法应用于图1所示的可变频率变压器故障穿越电路。
所述电路包括定子侧电网1、滤波电感2、并联三相变换器3、串联三相变换器4、控制电路、串联三相变压器5、直流电容6、H桥变换器7、转子侧电网8;
滤波电感2的一端与定子侧电网1连接,另一端与并联三相变换器3的输入端连接,并联三相变换器3的输出端分别与串联三相变换器4的输入端、H桥变换器7的输入端连接;
H桥变换器7的输出端与可变频率变压器9的直流电机(即驱动电机)连接;
串联三相变换器4的输出端与串联三相变压器5的输入端连接;
串联三相变压器5的输出端串联于定子侧电网1与可变频率变压器9的定子绕组之间;
转子侧电网8与可变频率变压器9的转子绕组连接。
所述控制电路与串联三相变换器4的控制端连接。
所述直流电容6设于并联三相变换器3与H桥变换器7之间。
本实施例所述方法可达到“用左边的一个串联三相变换器同时解决左边和右边的不平衡且谐波问题”,并且维持对无功功率的控制能力。
具体思路为:通过控制串联三相变换器的输出电压,达到以下效果:(1)抑制由定子侧电网不平衡且谐波电压引起的定子不平衡且谐波电压和定子不平衡且谐波电流,从而消除二倍转子旋转电角速度、六倍转子旋转电角速度、二倍定子同步角速度、六倍定子同步角速度减二倍转子同步角速度、四倍定子同步角速度、六倍转子同步角速度减二倍定子同步角速度、六倍定子同步角速度、八倍定子同步角速度、六倍定子同步角速度加二倍转子同步角速度、二倍定子同步角速度加六倍转子同步角速度、十二倍定子同步角速度、六倍定子同步角速度加六倍转子同步角速度的转矩和功率波动;(2)抑制由转子侧电网不平衡且谐波电压引起的定子不平衡且谐波电流,进而大幅降低二倍转子同步角速度和六倍转子同步角速度的转矩和功率波动。
如图2所示,图2为本实施例所述方法的流程示意图。
本实施例所述方法具体包括以下步骤:
S3:将定子侧电网正序电压直流分量、定子正序电压直流分量、定子
负序电压直流分量、定子五次谐波电压直流分量、定子七次谐波电压直流
分量、定子正序电流直流分量、定子负序电流直流分量、定子五次
谐波电流直流分量和定子七次谐波电流直流分量按照预设电压控制
方程进行处理,得到串联三相变换器正序电压参考值直流分量、串联三相变换器
负序电压参考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量、串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量、串联三相变换器
负序电压参考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量和串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量;
预设电压控制方程如下:
其中,和分别是定子无功电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴正序电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d
轴负序电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴负序电压控制器
的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴五次谐波电压控制器的比例系数和
积分系数;和分别是定子q轴五次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴七次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和
分别是定子q轴七次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴
负序电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴负序电流控制器
的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴五次谐波电流控制器的比例系数
和积分系数;和分别是定子q轴五次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴七次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴七次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;
表示拉普拉斯算子,表示串联三相变换器正序电流直流分量参考值,表示的d轴分量,表示的q轴分量,
表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量;
表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴
分量,表示的d轴分量,表示
的q轴分量;表示串联三相变换器正序电流直流分量参考值,根据系统所需
的无功功率进行设定,改变的设定值就可以改变系统的无功潮流。
S4:将串联三相变换器正序电压参考值直流分量、串联三相变换器负序
电压参考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量、串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量、串联三相变换器
负序电压参考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量和串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量分别经过两相
旋转到两相静止坐标变换处理,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器正序电压参考值、串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换器五次谐波电压
参考值、串联三相变换器七次谐波电压参考值、串联三相变换器
负序电压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值和串联三
相变换器七次谐波电压参考值;
将串联三相变换器正序电压参考值、串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值、串联三相变换器七次谐波
电压参考值、串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换器五
次谐波电压参考值和串联三相变换器七次谐波电压参考值相加,
得到在两相静止坐标系下串联三相变换器电压参考值;
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,
所述方法包括以下步骤:
S1:采集定子绕组、定子侧电网、转子侧电网电压电流信号和转子旋转电相角;
S2:将定子绕组、定子侧电网、转子侧电网电压电流信号进行处理,得到定子侧电网正序电压直流分量,定子电压、电流各直流分量;
S3:将定子侧电网正序电压直流分量,定子电压、电流各直流分量,按照预设电压控制方程进行处理,得到串联三相变换器各电压参考值直流分量;
S4:将串联三相变换器各电压参考值直流分量分别经过坐标变换处理,得到串联三相变换器各电压参考值;然后将串联三相变换器各电压参考值相加,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器电压参考值;
S5:将串联三相变换器电压参考值经过处理,得到串联三相变换器开关的控制信号,并将其输入控制器,实现可变频率变压器的转矩和功率波动的抑制。
3.根据权利要求1或2所述的可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,S2中定子绕组、定子侧电网、转子侧电网相关电压电流信号的处理手段包括坐标变换和陷波器处理。
4.根据权利要求3所述的可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,S2具体操作为:
5.根据权利要求4所述的可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,S3具体为:
6.根据权利要求5所述的可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,预设电压控制方程如下:
其中,和分别是定子无功电流控制器的比例系数和积分系数;和
分别是定子q轴正序电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴负
序电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴负序电压控制器的比
例系数和积分系数;和分别是定子d轴五次谐波电压控制器的比例系数和积分
系数;和分别是定子q轴五次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴七次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定
子q轴七次谐波电压控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴负序电流
控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子q轴负序电流控制器的比例系
数和积分系数;和分别是定子d轴五次谐波电流控制器的比例系数和积分系
数;和分别是定子q轴五次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;和分别是定子d轴七次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;和分别
是定子q轴七次谐波电流控制器的比例系数和积分系数;
表示拉普拉斯算子,表示串联三相变换器正序电流直流分量参考值,表示的d轴分量,表示的q轴分量,
表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量,表示的d轴分量,表示的q轴分量;
7.根据权利要求6所述的可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,S4所述的坐标变换具体为:两相旋转到两相静止坐标变换。
8.根据权利要求6或7所述的可变频率变压器的转矩和功率波动抑制方法,其特征在于,S4具体为:
将串联三相变换器正序电压参考值直流分量、串联三相变换器负序电压参
考值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量、串
联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量、串联三相变换器负序电压参考
值直流分量、串联三相变换器五次谐波电压参考值直流分量和
串联三相变换器七次谐波电压参考值直流分量分别经过两相旋转到两相静
止坐标变换处理,得到在两相静止坐标系下串联三相变换器正序电压参考值、
串联三相变换器负序电压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值、串联三相变换器七次谐波电压参考值、串联三相变换器负序电
压参考值、串联三相变换器五次谐波电压参考值和串联三相变换
器七次谐波电压参考值;
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