CN112736921A - 一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种算法优化度高预测结果准确的带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，包括以下步骤B1.获取变流器功率P以及电压U，绘制电压‑功率曲线；B2.设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限‑P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2；B3.在电压‑功率曲线中取两个拐点（‑P3，U3）、（P4，U4），在拐点处改变电压‑功率曲线的斜率；B4.实时获取变流器功率，根据所述电压‑功率曲线获取电压参考值，作为变流器内环控制的输入量；B5.当检测到变流器电压‑功率曲线斜率出现变化时，发出预警信息，控制发电设备和用电设备降低功率或改变控制方式。
Description
技术领域
本发明涉及换流器自动控制技术领域，尤其涉及一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法。
背景技术
光伏发电与电动汽车充电桩通过直流电网连接，可以避免直流到交流及交流到直流的多次转换，提高电能效率。为提高直流电网可靠性，直流电网通常通过AC/DC变流器与交流电网连接。在直流电网中，如果存在多台AC/DC变流器并联运行，可以采用主从式的控制方式，一台AC/DC变流器控制直流电压，其它的控制功率；也可以采用分布式控制，即各AC/DC变流器都采用电压-功率下垂控制方式。采用分布式控制，不需要主机，各变流器之间也不需要通信。各变流器通过检测直流电压的大小，调整传送功率的大小与方向，达到功率在各变流器的合理分配。
目前，AC/DC变流器采用的电压-功率下垂控制方式都是一条斜线，即：在功率-电压坐标系上，通过一条直线连接最高运行电压、反向最大功率与最低运行电压、最大功率这两点。通过检测电压，可以感知AC/DC变流器还剩余百分之几的额定功率，但无法确定剩余功率的绝对值。若直流电网中存在光伏DC/DC变流器采用最大功率跟踪控制，则不易设置DC/DC变流器的最大电压限值：限值设置太低，则出现AC/DC变流器还有足够容量情况下，光伏不再提高功率输出，不利于光伏发电的利用；限值设置太高，则出现AC/DC变流器剩余容量不足时，光伏依然按最高跟踪功率输出，可能造成直流系统过电压。同理，若直流电网中存在电动汽车充电DC/DC变流器采用定功率控制，则不易设置DC/DC变流器的最小电压限值：限值设置太高，则出现AC/DC变流器还有足够容量情况下，充电DC/DC变流器降低功率输出或停止运行，降低了系统的工作效率；限值设置太低，则出现AC/DC变流器剩余容量不足时，充电DC/DC变流器依然全功率运行，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性。
为了解决上述技术问题，公开号为CN110912208A的专利文献公开一种基于改进下垂控制器的柔性直流输电变流器控制方法，功频率下垂模块输出电网同步信号，无功电压下垂模块输出变流器电压幅值给定信号，二者实现换流阀输出电压相位和幅值与电网同步，不依赖锁相环能够提高换流阀接入弱交流系统的稳定性，同时为孤岛和联网控制模式的切换提供便利条件。暂态有功调节模块利用暂态有功给定值和反馈值的误差，计算暂态有功电流给定值的补偿信号，加快下垂控制有功动态响应过程，暂态有功调节模块中设置比例微分环节，实现暂态有功调节模块在稳态时输出基本为0，功率阶跃等暂态过程中输出补偿分量，加快有功功率跟踪给定。同时保持稳态运行时换流器的下垂特性，保证系统稳定性。但该方法控制模块组合复杂，难以实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有变流器自动控制方法不能准确识别变流器运行功率情况，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种算法优化度高预测结果准确的带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，包括以下步骤
B1.获取变流器功率P以及电压U，绘制电压-功率曲线；
B2.设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限-P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2；
B3.在电压-功率曲线中取两个拐点(-P3，U3)、(P4，U4)，所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P3,P4]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k2的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P1,-P3]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k1的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[P4,P2]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k3的直线；
B4.实时获取变流器功率，根据所述电压-功率曲线获取电压参考值，作为变流器内环控制的输入量；
B5.当检测到变流器电压-功率曲线斜率出现变化时，发出预警信息，控制发电设备和用电设备降低功率或改变控制方式。本发明通过在已有的下垂控制斜线中，增加两个拐点，将一条下垂控制斜线变为三段斜率不同的斜线，在直流运行电压靠近最高或最低允许电压时，斜率变大，在系统允许运行电压范围的中部时斜率变小，这样，直流系统中其他发电或用电设备可以通过检测斜率的变化，及时调整控制方式或功率大小，避免系统因低电压而导致电压崩溃或出现过电压而导致绝缘损坏。
作为优选，所述k1>k2同时k3>k2；变流器向直流电网传送功率记为正方向。
作为优选，所述P1＝Ie*U1，P2＝Ie*U2，变流器直流侧额定电流大小记为Ie；所述k1，k2，k3通过以下方式计算：
k1＝-(U3-U1)/(P1-P3)
k2＝-(U4-U3)/(P4+P3)
k3＝-(U2-U4)/(P2-P4)。
作为优选，所述拐点(-P3，U3)的设置方法是：U3＝ku3*U1，P3＝ki3*Ie*U3，所述ku3、ki3为小于1的比例系数；所述拐点(P4，U4)的设置方法是：U4＝ku4*U2，P4＝ki4*Ie*U4，所述ku4为大于1的比例系数，ki4为小于1的比例系数。
作为优选，所述ku3的取值范围为：0.99>ku3>0.9；所述ki3的取值范围为：0.99>ki3>0.8。
作为优选，所述ku4的取值范围为：1.1>ku4>1.01；所述ki4的取值范围为：0.99>ki4>0.8。
作为优选，所述变流器内环控制的自动控制传递函数包括电流内环传递函数、电压前馈环节中低通滤波的传递函数以及直流电压外环传递函数。
本发明的实质性效果是：通过改变变流器电压-功率曲线的斜率，使得其他发电和用电设备无需与变流器建立通讯连接即可自行感知变流器功率即将越限。解决了现有变流器自动控制方法不能准确识别变流器运行功率情况，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性的技术问题。
附图说明
图1是实施例一的流程示意图。
图2是实施例一的电压-功率曲线示意图。
图3是实施例一自动控制逻辑图。
图中：P是AC/DC变流器当前传送的有功功率值，Utdref和Utqref分别为AC/DC变流器端电压d轴分量和q轴分量，Ud和Uq分别为AC/DC变流器并网点的电压d轴分量和q轴分量，Id和Iq分别为变流器输出电流d轴分量和q轴分量，Uref为直流侧电压参考值，Idref与Iqref分别d轴和q轴电流参考值，GI(s)为电流内环传递函数，GFF(s)为电压前馈环节中低通滤波的传递函数，Gdc(s)为直流电压外环传递函数。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，实施例一包括以下步骤
B1.获取变流器功率P以及电压U，绘制电压-功率曲线；
B2.设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限-P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2；
B3.在电压-功率曲线中取两个拐点(-P3，U3)、(P4，U4)，所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P3,P4]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k2的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P1,-P3]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k1的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[P4,P2]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k3的直线；
B4.实时获取变流器功率，根据所述电压-功率曲线获取电压参考值，作为变流器内环控制的输入量；
B5.当检测到变流器电压-功率曲线斜率出现变化时，发出预警信息，控制发电设备和用电设备降低功率或改变控制方式。
如图2所示，实时例一以750V直流电网和380V交流电网通过额定电流为150A的AC/DC变流器相互连接的控制为例说明本发明。
其过程是，首先将变流器当前输出的有功功率值输入至电压外环，通过本发明所述的下垂控制得到直流电压的参考值，再将直流电压的参考值与直流电压测量值通过PI环节得到电流参考值，最后将电流参考值输入至电流内环得到变流器的交流端d、q轴电压参考值。将本发明所述的下垂控制详细表述如下：750V电网最高运行电压U1＝800V，最低运行电压U2＝650V，向交流可输出最大功率P1＝800*150＝120000W，向直流可输出最大功率P2＝650*150＝97500W，为充分利用AC/DC变流器容量，下垂控制曲线可设置ku3＝0.95、ki3＝0.9的第一个拐点(-P3，U3)，则U3＝760V，-P3＝-102600W，再设置ku4＝1.04、ki4＝0.9的第二个拐点(P4，U4)，则U4＝676V，P4＝91260W，此时，k1＝0.0023，k2＝0.000433，k3＝0.00417。
若此时AC/DC变流器向交流输送功率Pn＝110000W，显然-Pn<-P3，应采用-k1的斜率计算电压参考值，通过图3可以计算电压参考值Uref＝(-Pn+P3)*-k1+U3＝777V，将777V直流电压的参考值与直流电压测量值通过PI环节得到d轴电流参考值Idref，由于系统没有无功要求，q轴电流参考值Iqref可设为零。最后将电流参考值输入至电流内环，最后，由电流内环控制AC/DC变流器的功率输出。
若此时AC/DC变流器向直流流输送功率Pn＝95000W，显然P4<Pn<P2，应采用-k3的斜率计算电压参考值，通过图3可以计算电压参考值Uref＝(Pn-P4)*-k2+U4＝660.4V，将660.4V直流电压的参考值与直流电压测量值通过PI环节得到d轴电流参考值Idref，由于系统没有无功要求，q轴电流参考值Iqref可设为零。最后将电流参考值输入至电流内环，最后，由电流内环控制AC/DC变流器的功率输出。
以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，用于控制连接直流电网与交流电网的AC/DC变流器，其特征在于:包括以下步骤
B1.获取变流器功率P以及电压U，绘制电压-功率曲线；
B2.设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限-P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2；
B3.在电压-功率曲线中取两个拐点（-P3，U3）、（P4，U4），所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P3,P4]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k2的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P1,-P3]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k1的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[P4,P2]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k3的直线；
B4.实时获取变流器功率，根据所述电压-功率曲线获取电压参考值，作为变流器内环控制的输入量；
B5.当检测到变流器电压-功率曲线斜率出现变化时，发出预警信息，控制发电设备和用电设备降低功率或改变控制方式。
2.根据权利要求1所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，其特征在于：所述k1>k2同时k3>k2；变流器向直流电网传送功率记为正方向。
3.根据权利要求2所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，其特征在于：所述P1=Ie*U1，P2=Ie*U2，变流器直流侧额定电流大小记为Ie；所述k1，k2，k3通过以下方式计算：
k1=-(U3-U1) / (P1-P3)
k2=-(U4-U3) / (P4+P3)
k3=-(U2-U4) / (P2-P4)。
4.根据权利要求2所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，其特征在于：所述拐点（-P3，U3）的设置方法是：U3=ku3*U1，P3=ki3*Ie*U3，所述ku3、ki3为小于1的比例系数；所述拐点（P4，U4）的设置方法是：U4=ku4*U2，P4=ki4*Ie*U4，所述ku4为大于1的比例系数，ki4为小于1的比例系数。
5.根据权利要求1所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，其特征在于：所述ku3的取值范围为：0.99>ku3>0.9；所述ki3的取值范围为：0.99>ki3>0.8。
6.根据权利要求1所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，其特征在于：所述ku4的取值范围为：1.1>ku4>1.01；所述ki4的取值范围为：0.99>ki4>0.8。
7.根据权利要求1所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制方法，其特征在于：所述变流器内环控制的自动控制传递函数包括电流内环传递函数、电压前馈环节中低通滤波的传递函数以及直流电压外环传递函数。
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