CN114142529A - 一种功率变换器并网运行的功率控制方法和控制系统 - Google Patents

一种功率变换器并网运行的功率控制方法和控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种功率变换器并网运行的功率控制方法和控制系统，属于功率控制技术领域。首先，实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态；其次，对采集的电压信号做移相控制来控制采集的电压信号与电网电压的相位差；再次，对调制信号进行移相控制实现功率变换器并网的有功功率控制；最后，计算有功电流和无功电流的实时值与参考给定的有功电流值和无功电流值比较控制移相角和功率变换器电压幅值，实现功率变换器的控制。解决了现有技术存在的功率变换器频率跟踪精度不高和低频振荡问题，解决了由此影响电网的安全和稳定运行的技术问题。实现了功率变换器并网运行的功率控制。

Description

一种功率变换器并网运行的功率控制方法和控制系统
技术领域
本申请涉及一种功率控制，尤其涉及一种功率变换器并网运行的功率控制方法和控制系统，属于功率控制技术领域。
背景技术
新能源发电容量和单机容量越来越大为电力系统安全运行提出了新的问题，问题是新能源发电并网运行的主要形式需要通过基于电力电子技术的逆变器实现发电设备的并网运行，目前逆变器并网主要采用锁相环的频率跟踪技术实现电源的并网运行，以实现功率变换器输出频率与电网电压频率跟踪，由于存在频率的跟踪误差、跟踪频率响应时间，影响包括保护控制的实时性。而电网频率的波动是波动的，这会导致逆变器输出电压频率与电网电压频率间的不一致，产生低频振荡现象。以往功率变换器容量小，低频振荡不足以影响电网的安全和稳定运行，而随着新能源发电容量增加和单机容量增加，也就是占有比重增加，甚至在局域电网占主要地位，传统并网运行技术存在的问题会为电网安全运行带来风险。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，为解决现有技术中存在的功率变换器频率跟踪精度不高和低频振荡问题，解决由此影响电网的安全和稳定运行的技术问题，本发明提供一种功率变换器并网运行的功率控制方法和控制系统。
方案一、一种功率变换器并网运行的功率控制方法，包括以下步骤：
步骤一、实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态；
步骤二、对采集的电压信号做移相控制来控制采集的电压信号与电网电压的相位差；
步骤三、对调制信号进行移相控制实现功率变换器并网的有功功率控制；
步骤四、计算有功电流和无功电流的实时值与参考给定的有功电流值和无功电流值比较控制移相角和功率变换器电压幅值，实现功率变换器的控制。
优选的，步骤一所述实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态，具体包括以下步骤：
步骤一一、采集电网电压信号作为功率变换器功率控制的调制信号生成功率器件的驱动信号；
步骤一二、整定采集信号的调制比使得电源输出电压幅值与电网电压一致；
步骤一三、当移相角为零时，电网电压信号控制功率变换器输出电压幅值，功率变换器将向电网输出无功功率，当电压幅值大于电网电压幅值时，电源向电网输出超前无功功率；当电压幅值小于电网电压幅值时，电源向电网输出滞后无功功率。
优选的，步骤二所述移相控制的具体方法是，当移相角超前于电网电压相位时功率变换器将向电网输出有功功率，控制移相角大小将控制电源向电网输出有功功率的大小，当移相角等于90°时，功率变换器向电网输出有功功率达到最大值。
优选的，步骤三所述移相控制的具体方法是，uref(i)＝u(i+k)
其中u为采集电网电压信号值，i为实时值地址，k为移相偏移量。
优选的，步骤四所述计算有功电流和无功电流的实时值具体的是，由反馈电流计算有功电流和无功电流实时值：检测功率变换器A、C两相电流计算有功电流和无功电流的实时值如下：
Figure BDA0003389344710000021
Figure BDA0003389344710000022
求得功率因数角：
Figure BDA0003389344710000023
求得有功电流和无功电流：
Figure BDA0003389344710000024
Figure BDA0003389344710000025
方案二、一种功率变换器并网运行的功率控制系统，包括三相电网电压检测单元、电流检测单元、电流控制单元、移相控制单元和逆变单元；所述三相电网电压检测单元、电流检测单元、电流控制单元、移相控制单元和逆变单元依次连接；所述三相电网电压检测单元用于采集电网电压；所述电流检测单元用于检测两相功率变换器的电流；所述电流控制单元用于控制功率变换器的电流；所述移相控制单元用于对调制信号进行移相控制；所述逆变单元用于控制功率变换器输出的电压。
优选的，所述电流控制单元包括有功电流控制模块和无功电流控制模块；所述有功电流控制模块用于控制有功电流；所述无功电流控制模块用于控制无功电流。
本发明的有益效果如下：本发明提高功率变换器输出电压频率跟踪电网电压频率的精度，可以抑制或消除低频振荡对电网安全运行的隐患；应用采集的电网电压信号直接作为调制信号可以跟踪任意波形的电压，具有与电网电压随波逐流的特性；移相算法具有控制移相角保持不变的特性，相当于具有无限大转动惯量的发电机，因此具有对振荡的强阻尼作用，同时又具备控制器的快速响应特性。解决现有技术中存在的功率变换器频率跟踪精度不高和低频振荡影响电网的安全和稳定运行的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1方法流程示意图；
图2控制原理示意图；
图3单相电压与电源电压滤波后跟踪对比示意图；
图4实验测试单相时移相控制波形示意图；
图5并网运行的功率变换器进行无功功率控制时的电压控制规律示意图；
图6求功率因数角示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1、参照图1-图6说明本实施方式，一种功率变换器并网运行的功率控制方法，包括以下步骤：
步骤一、实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态；
具体的，采集电网电压信号作为功率变换器功率控制的调制信号生成功率器件的驱动信号，该驱动信号控制功率变换器输出电压可以精确跟随电网电压的频率变化。一次性整定采集信号的调制比使得电源输出电压幅值与电网电压一致，正常运行的电网电压波动不大，当移相角为零时，即使有波动只是影响功率变换器输出的无功功率，因此按照对应各相电压的调制信号使得功率变换器输出电压相序、相位与电网电压保持一致，同时控制功率变换器的频率跟踪精度和输出电压幅值与电网电压保持一致。当移相角为零时，实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态。
具体方法是，包括以下步骤：
步骤一一、采集电网电压信号作为功率变换器功率控制的调制信号生成功率器件的驱动信号；
步骤一二、整定采集信号的调制比使得电源输出电压幅值与电网电压一致；
具体的，信号经整定后使得电源输出电压与电网电压一致，实现电流为零的空载运行也就是移相角为零。
步骤一三、当移相角为零时，电网电压信号控制功率变换器输出电压幅值，功率变换器将向电网输出无功功率，当电压幅值大于电网电压幅值时，电源向电网输出超前无功功率；当电压幅值小于电网电压幅值时，电源向电网输出滞后无功功率。
图3位采集单相电网电压实验控制得到功率变换器输出电压的PWM波形，经过滤后电压信号如图3中的曲线所示。
步骤二、对采集的电压信号做移相控制来控制采集的电压信号与电网电压的相位差；
具体方法是，当移相角超前于电网电压相位时功率变换器将向电网输出有功功率，控制移相角大小将控制电源向电网输出有功功率的大小，当移相角等于90°时，功率变换器向电网输出有功功率达到最大值。
步骤三、对调制信号进行移相控制实现功率变换器并网的有功功率控制；具体公式如下：
uref(i)＝u(i+k)
其中u为采集电网电压信号值，i为实时值地址，k为移相偏移量。
具体的，因为移相角最大是90°，因此存储1/4周期采集电压信号且循环更新。移相角大小由有功电流给定确定。
具体的，采用移相算法可以实现并网运行时的有功功率控制，其本质特征为：功率变换器并网发电与无转动惯量的隐极同步发电机等效，控制发电机的反电动势，也就是功率变换器输出电压和电网电压的夹角，即控制同步发电机的功角δ，也就是功率变换器输出电压与电网电压的相位差，就可以实现功率变换器输出的有功功率控制。
具体的，图4实验测试单相时移相控制波形示意图，采集的电网电压信号作为功率变换器功率器件驱动信号的调制信号经移相控制，功率变换器输出电压波形，幅值小的曲线为功率变换器输出电压经滤波后的波形，幅值大的曲线为采集的电网电压波形。
具体的，经移相控制功率变换器电压相位超前电网电压相位实现功率变换器并网发电的功能。
步骤四、计算有功电流和无功电流的实时值与参考给定的有功电流值和无功电流值比较控制移相角和功率变换器电压幅值，实现功率变换器的控制。
具体的，当无功电流参考给定为正时，功率变换器输出电压幅值大于电网电压；当无功电流给定为负时，功率变换器输出电压幅值小于电网电压。
具体方法是，由反馈电流计算有功电流和无功电流实时值：结合图6理解本步骤；检测两相电流,由A相电流ia和C相电流ic计算电流与电压相位差
Figure BDA00033893447100000510
得到转矩电流分量iP和磁场电流分量iQ。
Figure BDA0003389344710000051
Figure BDA0003389344710000052
ib＝-(ia+ic)
其中Im为电流幅值，θ为电压相位角。
当ia+2ic≠0时
Figure BDA0003389344710000053
令：
Figure BDA0003389344710000054
Figure BDA0003389344710000055
Figure BDA0003389344710000056
求得功率因数角：
Figure BDA0003389344710000057
求得有功电流和无功电流：
Figure BDA0003389344710000058
Figure BDA0003389344710000059
具体的，计算功率变换器输出电流的无功电流分量与功率变换器控制输出无功电流给定比较控制功率变换器输出无功功率的大小，控制无功功率由控制采集电压信号的幅值实现；
具体的，计算功率变换器输出电流的有功电流分量与功率变换器控制输出有功电流给定比较控制功率变换器输出有功功率的大小。
具体的，并网时，由无功电流控制器整定的无冲击并网模式控制电压幅值与电网电压幅值一致；移相器的移相值为零。
具体的，并网后运行模式由系统给定有功电流和无功电流控制系统运行。
具体的，控制电压幅值实现无功功率控制，通过对采集电压信号的移相控制，控制采集的电压信号与电网电压间的相位差，实现有功功率控制。
具体的，参照图5并网运行的功率变换器进行无功功率控制时的电压控制规律示意图，说明当功率变换器向电网输入超前无功功率时功率变换器输出的电压大于电网电压；当功率变换器向电网输入滞后无功功率时功率变换器输出的电压小于电网电压；忽略阻抗压降时，功率变换器输出电压等于电网电压时，为功率因数等于1控制。
实施例2、一种功率变换器并网运行的功率控制系统，包括三相电网电压检测单元、电流检测单元、电流控制单元、移相控制单元和逆变单元；所述三相电网电压检测单元、电流检测单元、电流控制单元、移相控制单元和逆变单元依次连接；所述三相电网电压检测单元用于采集电网电压；所述电流检测单元用于检测两相功率变换器的电流；所述电流控制单元用于控制功率变换器的电流；所述移相控制单元用于对调制信号进行移相控制；所述逆变单元用于控制功率变换器输出的电压。
具体的，所述电流控制单元包括有功电流控制模块和无功电流控制模块；所述有功电流控制模块用于移相器控制移相角以控制有功电流；所述无功电流控制模块用于控制移相器输出电压幅值以控制无功电流。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种功率变换器并网运行的功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态；
步骤二、对采集的电压信号做移相控制来控制采集的电压信号与电网电压的相位差；
步骤三、对调制信号进行移相控制实现功率变换器并网的有功功率控制；
步骤四、计算有功电流和无功电流的实时值与参考给定的有功电流值和无功电流值比较控制移相角和功率变换器电压幅值，实现功率变换器的控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一所述实现功率变换器并网电流为零的空载运行状态，具体包括以下步骤：
步骤一一、采集电网电压信号作为功率变换器功率控制的调制信号生成功率器件的驱动信号；
步骤一二、整定采集信号的调制比使得电源输出电压幅值与电网电压一致；
步骤一三、当移相角为零时，电网电压信号控制功率变换器输出电压幅值，功率变换器将向电网输出无功功率，当电压幅值大于电网电压幅值时，电源向电网输出超前无功功率；当电压幅值小于电网电压幅值时，电源向电网输出滞后无功功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二所述移相控制的具体方法是，当移相角超前于电网电压相位时功率变换器将向电网输出有功功率，控制移相角大小将控制电源向电网输出有功功率的大小，当移相角等于90°时，功率变换器向电网输出有功功率达到最大值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤三所述移相控制的具体方法是，uref(i)＝u(i+k)
其中u为采集电网电压信号值，i为实时值地址，k为移相偏移量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤四所述计算有功电流和无功电流的实时值具体方法是，由反馈电流计算有功电流和无功电流实时值：检测功率变换器A、C两相电流计算有功电流和无功电流的实时值如下：
Figure FDA0003389344700000011
Figure FDA0003389344700000012
求得功率因数角：
Figure FDA0003389344700000013
求得有功电流和无功电流：
Figure FDA0003389344700000021
Figure FDA0003389344700000022
。
6.一种功率变换器并网运行的功率控制系统，其特征在于，包括三相电网电压检测单元、电流检测单元、电流控制单元、移相控制单元和逆变单元；所述三相电网电压检测单元、电流检测单元、电流控制单元、移相控制单元和逆变单元依次连接；所述三相电网电压检测单元用于采集电网电压；所述电流检测单元用于监测两相功率变换器的电流；所述电流控制单元用于控制功率变换器的电流；所述移相控制单元用于对调制信号进行移相控制；所述逆变单元用于控制功率变换器的输出电压。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述电流控制单元包括有功电流控制模块和无功电流控制模块；所述有功电流控制模块用于移相器控制移相角以控制有功电流；所述无功电流控制模块用于控制移相器输出电压幅值以控制无功电流。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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