CN113346551B - 一种并网变换器控制系统及控制方法 - Google Patents

一种并网变换器控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种并网变换器控制系统及控制方法，涉及新能源并网变换器的电气控制技术领域，其中，所述并网变换器控制系统采用网侧变流器控制直流侧电压，所述网侧变流器的控制环路包括积分器和比例控制器，还包括低频感知控制器及高频感知控制器，直流电压的标幺值经过低频感知控制器后的输出叠加到积分器上，直流电压的标幺值经过高频感知控制器后输出叠加到原有的调制电压幅值上。通过加入低频感知控制器及高频感知控制器，使得当电网电压幅值出现低频或者高频波动时，直流电压不受电网电压幅值低频波动或高频波动的影响，且并网变换器的直流侧电压仅跟随电网频率的波动，不受电网电压幅值波动的干扰，实现对电网频率的自主实时感知与准确跟踪。

Description

一种并网变换器控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及新能源并网变换器的电气控制技术领域，尤其涉及一种并网变换器控制系统及控制方法。
背景技术
并网变换器的应用非常广泛，可以应用于风力发电系统、光伏发电系统以及高压直流输电系统等工况。对电网频率的检测是实现并网变换器参与电网惯量响应与频率调节的基础。现有并网变换器的常规控制方法采用锁相环与电网同步并检测电网频率，通过调节并网电流的方式控制输出功率。然而这种方法控制变换器对外体现出电流源外特性，在弱电网下运行容易出现振荡失稳等问题。
请参阅图1和图2，图1所示现有的现有电压源控制能够使并网变换器直流电压的标幺值跟随电网频率的标幺值变化，实现对电网频率的自主感知功能，图2给出了电网电压频率、幅值波动时采用这种控制方法的仿真波形。图2(a)中，电网频率阶跃上升时，直流电压跟随其变化，且两者变化的标幺值相同，但是直流电压的响应过程中存在较大的振荡；图2(b)中，电网电压幅值阶跃上升时，直流电压出现振荡。图2所示的仿真结果说明：在图1所示的电压源控制架构下，变换器直流电压同时受到电网电压频率、幅值变化的双重影响，容易引起变换器惯量响应与频率调节的误动作。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中变换器直流侧电压仅自主实时感知与准确跟踪电网频率的波动容易受电网电压幅值波动的干扰的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种并网变换器控制并网变换器控制系统，采用网侧变流器控制直流侧电压，所述网侧变流器的控制环路包括积分器和比例控制器，还包括低频感知控制器及高频感知控制器，直流电压标幺值经过低频感知控制器后的输出叠加到积分器的输出端上后输出为网侧变流器调制波的相位θ，直流电压的标幺值经过高频感知控制器后输出叠加到原有的调制电压幅值上。
优选的，所述低频感知控制器包括一个时间常数为TL的一阶低通滤波器及一个增益为KL的微分器；所述高频感知控制器包括一个时间常数为TH的一阶高通滤波器及一个增益为KH的放大环节。
优选的，所述低频感知控制器的时间常数TL与所述高频感知控制器的时间常数TH满足如下关系：
TH≥TL>0
1/TL–1/TH≥10rad/s
0.01≤TH≤0.1。
优选的，所述低频感知控制器的增益KL及高频感知控制器的增益KH满足如下关系：
Figure GDA0003529601670000021
0≤KL≤40TL
上述公式中，Ug为并网变换器交流侧输出电压，udc为并网变换器的直流侧电压。
优选的，所述网侧变流器的控制环路为：直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003529601670000022
经过一个积分器和低频感知控制器后叠加输出为网侧变流器调制波的相位θ；网侧变流器无功功率的参考值
Figure GDA0003529601670000031
与反馈值
Figure GDA0003529601670000032
之差经过PI；直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003529601670000033
经过高频感知控制器后的输出与PI的输出及额定调制比m0叠加输出形成网侧变压器的实际调制比m，实际调制比与直流侧电压udc之积为网侧变流器调制器的幅值U，根据该调制器的幅值U与相位θ生成网侧变流器的三相调制电压信号，用于正弦脉宽调制。
本申请还提供了一种并网变换器控制方法，使用上述所述的并网变换器控制系统，包含以下步骤：
S1：将直流侧电压的标幺值经过积分器和低频感知控制器后输出为网侧变流器调制波的相位θ；
S2：网侧变流器无功功率的参考值
Figure GDA0003529601670000034
与反馈值
Figure GDA0003529601670000035
之差经过PI后输出；
S3：直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003529601670000036
经过高频感知控制器后的输出与PI的输出及额定调制比m0叠加输出形成网侧变压器的实际调制比m；
S4：实际调制比m与直流侧电压udc之积为网侧变流器调制器的幅值U，根据该调制器的幅值U与相位θ生成网侧变流器的三相调制电压信号，用于正弦脉宽调制。
本申请中通过加入低频感知控制器及高频感知控制器，使得当电网电压幅值出现低频或者高频波动时，直流电压不受电网电压幅值低频波动或高频波动的影响，且并网变换器的直流侧电压仅跟随电网频率的波动，不受电网电压幅值波动的干扰，实现对电网频率的自主实时感知与准确跟踪。
附图说明
图1为现有技术中并网变换器的电压源控制框图；
图2为现有技术中电压源控制的并网变换器的仿真波形；
图3为本申请中一种并网变换器控制并网变换器控制系统的结构框图；
图4为本申请第一个仿真实施例的仿真波形；
图5为本申请第二个仿真实施例的仿真波形；
图6为本申请第三个仿真实施例的仿真波形。
图例说明：10、低频感知控制器；11、一阶低通滤波器；12、微分器；20、积分器；30、高频感知控制器；31、一阶高通滤波器；33、放大环节；40、比例积分控制器(PI)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
请参阅图3，一种并网变换器控制并网变换器控制系统，采用网侧变流器控制直流侧电压，所述网侧变流器的控制环路包括低频感知控制器10、积分器20、高频感知控制器30，比例积分控制器(PI)40；请参阅图3，在一实施方式中，所述低频感知控制器10包括一个时间常数为TL的一阶低通滤波器11及一个增益为KL的微分器12；在一实施方式中，所述高频感知控制器30包括一个时间常数为TH的一阶高通滤波器31及一个增益为KH的放大环节33。
请参阅图3，在一实施方式中，所述积分器20的增益为电网角频率基准值ωBg。
请参阅图3，所述网侧变流器的控制环路为：直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003529601670000041
经过一个积分器20和低频感知控制器10后叠加输出为网侧变流器调制波的相位θ；网侧变流器无功功率的参考值
Figure GDA0003529601670000051
与反馈值
Figure GDA0003529601670000052
之差经过PI后输出；直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003529601670000053
经过高频感知控制器30后的输出与PI的输出及额定调制比m0叠加输出形成网侧变压器的实际调制比m，实际调制比m与直流侧电压udc之积为网侧变流器调制器的幅值U，根据该调制幅值U与相位θ生成网侧变流器的三相调制电压信号，用于正弦脉宽调制。
在一实施方式中，所述一阶低通滤波器11的时间常数TL与所述一阶高通滤波器31的时间常数TH满足如下关系：
TH≥TL>0
1/TL–1/TH≥10rad/s
0.01≤TH≤0.1
在一实施方式中，所述微分器12的增益KL及放大环节33的增益KH满足如下关系：
Figure GDA0003529601670000054
0≤KL≤40TL
上述公式中，Ug为并网变换器交流侧输出电压，udc为并网变换器的直流侧电压。
本申请还提供了一种并网变换器控制方法，使用上述所述的并网变换器控制系统，包含以下步骤：
S1：将直流侧电压的标幺值经过积分器和低频感知控制器后输出为网侧变流器调制波的相位θ；
S2：网侧变流器无功功率的参考值
Figure GDA0003529601670000055
与反馈值
Figure GDA0003529601670000056
之差经过PI后输出；
S3：直流侧电压的标幺值
Figure GDA0003529601670000061
经过高频感知控制器后的输出与PI的输出及额定调制比m0叠加输出形成网侧变压器的实际调制比m；
S4：实际调制比m与直流侧电压udc之积为网侧变流器调制器的幅值U，根据该调制器的幅值U与相位θ生成网侧变流器的三相调制电压信号，用于正弦脉宽调制。
请参阅图4，图4为本发明其中一仿真实例：加入高频、低频感知控制器前后电网电压幅值阶跃增大时的仿真波形。
在图4(a)中，电网电压幅值在4s时由1.0p.u.阶跃增大到1.043p.u.；图4(b)中，没有加入低频、高频感知控制器30，直流侧电压在4s时出现大幅度振荡，说明了电网电压幅值波动会对变换器直流侧电压产生影响；图4(c)中，仅加入高频感知控制器30，其中高通滤波时间常数TH为0.1s，高频感知控制器30的增益KH为2，相较图4(b)，图4(c)直流电压的振荡幅度减小，但仍存在较低频率的振荡；图4(d)中，同时加入高频感知控制器30、低频感知控制器10，其中高通滤波时间常数TH为0.1s，高频感知控制器30的增益KH为2，低通滤波时间常数TL为0.08s，低频感知控制器10的增益KL为1，相较图4(c)，图4(d)中直流电压的振荡幅度进一步减小。图4中的仿真结果说明了同时加入高频、低频感知控制器，能够极大地降低电网电压幅值波动对直流电压的干扰。
请参阅图5，图5为本申请另一仿真实例：加入高频、低频感知控制器前后电网频率阶跃增大时的仿真波形。
在图5(a)中，电网电压频率在4s时由1.0p.u.阶跃增大到1.01p.u.；图5(b)中，没有加入低频、高频感知控制器30，直流侧电压在4s时跟随电网频率波动，且两者变化的标幺值相同，但是直流电压的响应过程中存在较大的振荡；图5(c)中，仅加入高频感知控制器30，其中高通滤波时间常数TH为0.1s，高频感知控制器30的增益KH为2，相较图5(b)，图5(c)直流电压的振荡幅度减小；图5(d)中，同时加入高频感知控制器30、低频感知控制器10，其中高通滤波时间常数TH为0.1s，高频感知控制器30的增益KH为2，低通滤波时间常数TL为0.08s，低频感知控制器10的增益KL为1，相较图5(c)，图5(d)中直流电压的振荡幅度进一步减小。图5中的仿真结果说明了同时加入高频、低频感知控制器，能够进一步地提高直流电压对电网频率波动的跟随特性，抑制响应过程中的振荡。
请参阅图6，图6为本申请第三个仿真实例：加入高频、低频感知控制器10前后电网电压幅值波动对应的仿真波形。
可以看出，电网电压幅值在4s时出现大幅度波动，相应地直流电压也出现大幅度波动；6s时仅加入高频感知控制器30，高通滤波时间常数TH为0.1s，高频感知控制器30的增益KH为2，直流电压的波动幅度减小；8s时加入高频、低频感知控制器，高通滤波时间常数TH为0.1s，高频感知控制器30的增益KH为2，低通滤波时间常数TL为0.08s，低频感知控制器10的增益KL为1，直流电压的波动幅度进一步减小。
结合以上仿真实例，本申请的低频、高频感知控制器30能够在电网电压幅值出现大幅度波动时降低直流电压的波动，从而使并网变换器的直流侧电压仅跟随电网频率的波动、不受电网电压幅值波动的干扰，实现对电网频率的自主实时感知与准确跟踪。
综上所述，本申请中通过加入低频感知控制器10及高频感知控制器30，使得当电网电压幅值出现低频或者高频波动时，直流电压不受电网电压幅值低频波动或高频波动的影响，且并网变换器的直流侧电压仅跟随电网频率的波动，不受电网电压幅值波动的干扰，实现对电网频率的自主实时感知与准确跟踪。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围。

Claims (6)

1.一种并网变换器控制系统，采用网侧变流器控制直流侧电压，所述网侧变流器的控制环路包括积分器和比例控制器，其特征在于：还包括低频感知控制器及高频感知控制器，直流电压标幺值经过低频感知控制器后的输出叠加到积分器的输出端上后输出为网侧变流器调制波的相位θ，直流电压的标幺值经过高频感知控制器后输出叠加到原有的调制电压幅值上。
2.根据权利要求1所述的并网变换器控制系统，其特征在于：所述低频感知控制器包括一个时间常数为TL的一阶低通滤波器及一个增益为KL的微分器；所述高频感知控制器包括一个时间常数为TH的一阶高通滤波器及一个增益为KH的放大环节。
3.根据权利要求2所述的并网变换器控制系统，其特征在于：所述低频感知控制器的时间常数TL与所述高频感知控制器的时间常数TH满足如下关系：
TH≥TL>0
1/TL–1/TH≥10rad/s
0.01≤TH≤0.1。
4.根据权利要求3所述的并网变换器控制系统，其特征在于：所述低频感知控制器的增益KL及高频感知控制器的增益KH满足如下关系：
Figure FDA0003529601660000011
0≤KL≤40TL
上述公式中，Ug为并网变换器交流侧输出电压，udc为并网变换器的直流侧电压。
5.根据权利要求4所述的并网变换器控制系统，其特征在于：所述网侧变流器的控制环路为：直流侧电压的标幺值
Figure FDA0003529601660000012
经过一个积分器和低频感知控制器后叠加输出为网侧变流器调制波的相位θ；网侧变流器无功功率的参考值
Figure FDA0003529601660000025
与反馈值
Figure FDA0003529601660000026
之差经过PI；直流侧电压的标幺值
Figure FDA0003529601660000021
经过高频感知控制器后的输出与PI的输出及额定调制比m0叠加输出形成网侧变压器的实际调制比m，实际调制比与直流侧电压udc之积为网侧变流器调制器的幅值U，根据该调制器的幅值U与相位θ生成网侧变流器的三相调制电压信号，用于正弦脉宽调制。
6.一种并网变换器控制方法，其特征在于：使用权利要求1-5任意一项所述的并网变换器控制系统，包含以下步骤：
S1：将直流侧电压的标幺值经过积分器和低频感知控制器后输出为网侧变流器调制波的相位θ；
S2：网侧变流器无功功率的参考值
Figure FDA0003529601660000022
与反馈值
Figure FDA0003529601660000023
之差经过PI后输出；
S3：直流侧电压的标幺值
Figure FDA0003529601660000024
经过高频感知控制器后的输出与PI的输出及额定调制比m0叠加输出形成网侧变压器的实际调制比m；
S4：实际调制比m与直流侧电压udc之积为网侧变流器调制器的幅值U，根据该调制器的调制幅值U与相位θ生成网侧变流器的三相调制电压信号，用于正弦脉宽调制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113964874B (zh) * 2021-11-29 2022-05-03 南通大学 一种电流源型变换器并网的稳定控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013102670A (ja) * 2011-10-21 2013-05-23 Daihen Corp 単相電力変換装置の制御装置
CN109217335A (zh) * 2018-08-22 2019-01-15 华中科技大学 一种海上风电vsc-hvdc输出系统的低频振荡阻尼控制方法
CN111756071A (zh) * 2020-07-23 2020-10-09 上海交通大学 具有电压源特性的全功率变换风电机组

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013102670A (ja) * 2011-10-21 2013-05-23 Daihen Corp 単相電力変換装置の制御装置
CN109217335A (zh) * 2018-08-22 2019-01-15 华中科技大学 一种海上风电vsc-hvdc输出系统的低频振荡阻尼控制方法
CN111756071A (zh) * 2020-07-23 2020-10-09 上海交通大学 具有电压源特性的全功率变换风电机组

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Grid-Connected Wind-Solar Cogeneration Using Back-to-Back Voltage-Source Converters;Amr Ahmed A. Radwan;《IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY》;20200131;第315-325页 *
全功率变换风电机组的电压源控制(一)：控制架构与弱电网运行稳定性分析;桑顺;《中国电机工程学报》;20201012;第1-16页 *
弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器输出阻抗重塑;张烨;《高电压技术》;20210323;第1-12页 *

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