CN114070103A - 一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，包括电压源型变流器的有源功率及无源功率控制方法和有源阻尼控制方法。所述有源功率及无源功率控制方法采用直流侧电容电压控制和交流电流控制的双闭环控制，所述有源阻尼控制方法采用虚拟有源电阻电感串联形式的阻尼控制。本发明可以提高并网变流器在电网故障条件下的穿越能力，降低电网故障条件下的交流侧电流扰动和直流侧电压扰动水平，提高并网变流器在电网故障条件下的运行可靠性。

Description

一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法
技术领域
本发明属于高压大功率电力电子技术，特别涉及了一种并网变流器控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，以全控型功率器件和矢量控制技术为核心的电压源型变流器不仅具备控制方式灵活、有功功率和无功功率可以解耦控制、响应速度快的优点，而且还具有占地面积小、能量密度高和高度可控性和灵活性的特点，在国内外电力系统、新能源发电系统等领域受到广泛应用和关注。对于电压源型变流器的控制，一般是通过直流侧电容电压外环控制和交流侧输入电流内环控制的双环控制方式来实现。直流侧电容电压的外环控制实现电压源型变流器的直流侧电容电压稳定和有功功率的控制。交流侧输入电流的内环控制可以实现电压源型变流器输入电流的可调节控制，从而实现电压源型变流器有功功率和无功功率的解耦控制。根据电压源型变流器拓扑的结构特点，可以将电压源型变流器分为二电平、三电平和多电平三类。
由于电压源型变流器接入交流电网后会受到电网电压波动的影响，导致在电网故障时变流器的输入电流存在明显的波动。由于变流器交流侧和直流侧的功率耦合关系，在电网发生故障的时候，并网变流器的直流侧电容电压会产生波动，容易导致变流器的功率器件离开安全工作区，不利于并网变流器的稳定运行。传统的控制方法主要依靠提高交流电流控制环和直流侧电容电压控制环的带宽来提高响应跟踪速度，但是这将增加变流器的不稳定性，不利于变流器的长期运行可靠性。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，解决并网电压源型变流器在电网故障下的稳定性运行问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，包括电压源型变流器的有源功率及无源功率控制方法和有源阻尼控制方法；所述有源功率及无源功率控制方法采用直流侧电容电压控制和交流电流控制的双闭环控制，所述有源阻尼控制方法采用虚拟有源电阻电感串联形式的阻尼控制；电压源型变流器根据有源功率及无源功率控制方法，通过双闭环控制形成第一调制波电压信号vm1；将交流输入电流is经低通滤波器后，通过虚拟有源电阻电感串联回路后形成第二调制波电压信号vm2；将vm1与vm2相加后形成最终调制波电压信号vm，将vm经正弦脉宽调制器产生并网变流器控制信号，控制并网变流器功率器件的导通与关断。
进一步地，所述有源功率及无源功率控制方法，直流侧电容电压外环采用PI控制器，交流电流内环采用PR控制器；将直流侧电容电压参考值vdcref与直流侧电容电压vdc做差，得到第一误差信号，第一误差信号经过PI控制器，得到交流电流内环有功功率幅值参考值Idref，交流电流内环有功功率幅值参考值Idref乘以sinωt，得到交流电流内环有功功率参考值Isref,d，将交流电流内环无功功率幅值参考值Iqref乘以cosωt，得到交流电流内环无功功率参考值Isref,q，将Isref,d与Isref,q相加得到交流电流内环电流参考值Isref，将交流输入电流is与交流电流内环电流参考值Isref做差，得到第二误差信号，第二误差信号经过PR控制器，得到第一调制波电压信号vm1，其中ω为交流电源的角频率，t为时间。
进一步地，所述有源阻尼控制方法，将交流输入电流is经过低通滤波器滤除高频谐波分量后得到isf，将isf分别经过有源电阻Rv得到Rvisf和有源电感Lv得到Lv(disf/dt)，然后将Rvisf与Lv(disf/dt)求和得到第二调制波电压信号vm2，其中disf/dt表示isf关于时间t的导数。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明提高了并网电压源型变流器在电网故障下的运行可靠性，降低电网故障下直流侧电容电压和输入交流电流的扰动水平。同时有效地提升其功率密度并降低损耗，提高了并网电压源型变流器的长期运行稳定性。
附图说明
图1为本发明的并网变流器主电路图；
图2为本发明中有功功率及无功功率控制方法示意图；
图3为本发明中附加有源阻尼控制方法示意图；
图4为本发明中虚拟有源电阻电感串联阻尼的具体实现示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种并网变流器，包括依次连接的交流侧滤波电路、电压源型变流器和直流侧支撑电容。交流侧滤波电路可以为L型滤波回路、LC型滤波回路或LCL型滤波回路。电压源型变流器可以为二电平、三电平或多电平变流器。直流侧支撑电容可以由单个支撑电容或者多个支撑电容的串并联方式组合而成。
本发明设计了一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，包括电压源型变流器的有源功率及无源功率控制方法和有源阻尼控制方法；所述有源功率及无源功率控制方法采用直流侧电容电压控制和交流电流控制的双闭环控制，所述有源阻尼控制方法采用虚拟有源电阻电感串联形式的阻尼控制。电压源型变流器根据有源功率及无源功率控制方法，通过双闭环控制形成第一调制波电压信号vm1。将交流输入电流is经低通滤波器后，通过虚拟有源电阻电感串联回路后形成第二调制波电压信号vm2；将vm1与vm2相加后形成最终调制波电压信号vm，将vm经正弦脉宽调制器(SPWM)产生并网变流器控制信号，控制并网变流器功率器件的导通与关断。
在本实施例中，如图2所示，所述有源功率及无源功率控制方法采用如下优选方案实现：
直流侧电容电压外环采用PI(比例积分)控制器，交流电流内环采用PR(比例谐振)控制器。将直流侧电容电压参考值vdcref与直流侧电容电压vdc做差，得到第一误差信号，第一误差信号经过PI控制器，得到交流电流内环有功功率幅值参考值Idref，交流电流内环有功功率幅值参考值Idref乘以sinωt，得到交流电流内环有功功率参考值Isref,d，将交流电流内环无功功率幅值参考值Iqref乘以cosωt，得到交流电流内环无功功率参考值Isref,q，将Isref,d与Isref,q相加得到交流电流内环电流参考值Isref，将交流输入电流is与交流电流内环电流参考值Isref做差，得到第二误差信号，第二误差信号经过PR控制器，得到第一调制波电压信号vm1，其中ω为交流电源的角频率，t为时间。
在本实施例中，如图3所示，在图2的基础上附加有源阻尼控制方法，所述有源阻尼控制方法采用如下优选方案实现：
将交流输入电流is经过低通滤波器滤除高频谐波分量后得到isf，将isf分别经过有源电阻Rv得到Rvisf和有源电感Lv得到Lv(disf/dt)，然后将Rvisf与Lv(disf/dt)求和得到第二调制波电压信号vm2，其中disf/dt表示isf关于时间t的导数。在图4中，ω1为电网电压的基波角频率，ωc为低通滤波器ωc/(s+ωc)的截止角频率，s为微分算子，即为d/dt。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，其特征在于：包括电压源型变流器的有源功率及无源功率控制方法和有源阻尼控制方法；所述有源功率及无源功率控制方法采用直流侧电容电压控制和交流电流控制的双闭环控制，所述有源阻尼控制方法采用虚拟有源电阻电感串联形式的阻尼控制；电压源型变流器根据有源功率及无源功率控制方法，通过双闭环控制形成第一调制波电压信号vm1；将交流输入电流is经低通滤波器后，通过虚拟有源电阻电感串联回路后形成第二调制波电压信号vm2；将vm1与vm2相加后形成最终调制波电压信号vm，将vm经正弦脉宽调制器产生并网变流器控制信号，控制并网变流器功率器件的导通与关断。
2.根据权利要求1所述提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，其特征在于：所述有源功率及无源功率控制方法，直流侧电容电压外环采用PI控制器，交流电流内环采用PR控制器；将直流侧电容电压参考值vdcref与直流侧电容电压vdc做差，得到第一误差信号，第一误差信号经过PI控制器，得到交流电流内环有功功率幅值参考值Idref，交流电流内环有功功率幅值参考值Idref乘以sinωt，得到交流电流内环有功功率参考值Isref,d，将交流电流内环无功功率幅值参考值Iqref乘以cosωt，得到交流电流内环无功功率参考值Isref,q，将Isref,d与Isref,q相加得到交流电流内环电流参考值Isref，将交流输入电流is与交流电流内环电流参考值Isref做差，得到第二误差信号，第二误差信号经过PR控制器，得到第一调制波电压信号vm1，其中ω为交流电源的角频率，t为时间。
3.根据权利要求1所述提高并网变流器故障穿越能力的有源阻尼控制方法，其特征在于：所述有源阻尼控制方法，将交流输入电流is经过低通滤波器滤除高频谐波分量后得到isf，将isf分别经过有源电阻Rv得到Rvisf和有源电感Lv得到Lv(disf/dt)，然后将Rvisf与Lv(disf/dt)求和得到第二调制波电压信号vm2，其中disf/dt表示isf关于时间t的导数。
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