CN116961117A - 基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法及装置，用于提高高低电压穿越动态响应速度。该方法包括：采集并网点电压并得到并网点电压幅值；根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升；根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值；在电流环电流指令切换为常数值时采取控制算法调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢。本发明根据并网点电压变化情况，发出指令切换电流环电流指令为常数值，同时根据并网点电压变化情况采取相应算法调节电流环PI参数，实现了PI参数的动态变化，提高了高低电压穿越动态响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，具体是基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法及装置。
背景技术
随着新能源渗透率的不断提高，电力系统的并网技术规范日益完善，电网适应性技术要求成为重点的研究方向，电网适应性指的是在电网发生低电压、高电压等故障时，新能源机组能够保持稳定不脱网运行的能力，即新能源系统的故障穿越能力。然而在实际电网运行过程中，电网故障会使新能源机组出口处电压的变化而造成新能源机组大量脱网。现有的高低电压穿越技术中，研究方向多数是通过优化虚拟阻抗设计或通过构网-跟网切换的方式实现故障穿越。
电压的快速骤升或跌落，会导致电流的快速变化，为解决过流的问题，通过构网-跟网切换的方式实现故障穿越，多采用切换电流指令的方式，在维持系统稳定的调节过程中，PI控制的参数默认为切换前的固定值不再变化。进而导致电流指令值切换瞬间会出现较大的暂态电流，且调节时间过长，不利于系统的快速稳定。针对此问题，本发明提出了基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，能实现在电流指令值切换瞬间，采用算法动态调节电流环参数，使输出电流与电流指令值快速相同，进而实现系统快速稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法及装置，采用算法调节电流环的PI参数，实现PI参数的动态变化，可提高高低电压穿越动态响应速度。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，应用于含储能电池、电力电子变流器、滤波器和并网点的系统，其中储能电池和电力电子变流器串接，电力电子变流器和滤波器串接后接入并网点，所述控制方法包括以下步骤：
采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值；
根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升；
根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值；
在电流环电流指令切换为常数值时采取控制算法调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢，以实现稳定电流环PI参数。
进一步的，所述采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值，具体包括：
检测并网点电压，并将并网点电压通过坐标变换为dq轴下的两个分量Uod、Uoq，通过电压有效值计算公式得到并网点电压幅值Ue。
进一步的，所述根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升，具体包括：
将所述电压有效值与正常电压有效值Us进行比较，判断并网点电压变化情况：
Ue>Us，判断出现电压骤升；
Ue<Us，判断出现电压暂降。
进一步的，所述根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值，具体包括：
若判断出现并网点电压骤升，则发出指令切换电流环指令为第一常数值，且所述第一常数值小于正常电流值；若判断出现并网点电压暂降，则发出指令切换电流环指令为第二常数值，且所述第二常数值大于正常电流值。
一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越装置，包括：
并网点电压采集模块，用于采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值；
电压暂降或骤升判断模块，用于根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升；
电流环电流指令切换模块，用于根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值；
电流环PI参数调节模块，用于在电流环电流指令切换为常数值时采取控制算法调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢，以实现稳定电流环PI参数。
进一步的，所述并网点电压采集模块，具体用于：检测并网点电压，并将并网点电压通过坐标变换为dq轴下的两个分量Uod、Uoq，通过电压有效值计算公式得到并网点电压幅值Ue。
进一步的，所述电压暂降或骤升判断模块，具体用于：
将所述电压有效值与正常电压有效值Us进行比较，判断并网点电压变化情况：
Ue>Us，判断出现电压骤升；
Ue<Us，判断出现电压暂降。
进一步的，所述电流环电流指令切换模块，具体用于：若判断出现并网点电压骤升，则发出指令切换电流环指令为第一常数值，且所述第一常数值小于正常电流值；若判断出现并网点电压暂降，则发出指令切换电流环指令为第二常数值，且所述第二常数值大于正常电流值。
一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行所述的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法。
一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，
本发明通过采集并网点实际电压，判断并网点电压是否出现暂降或骤升情况然后根据并网点电压变化情况，发出指令切换电流环电流指令为常数值，同时根据并网点电压变化情况采取相应算法调节电流环PI参数，实现了PI参数的动态变化，提高了高低电压穿越动态响应速度。
附图说明
图1是本发明实施例中的电压环控制结构示意图；
图2是本发明实施例中的并网点电压检测判断框图；
图3是本发明实施例中的电流环控制结构示意图；
图4是本发明实施例中的电流指令切换图；
图5是本发明实施例一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法的流程图；
图6是本发明实施例中的PI固定下的并网点处电流波形图；
图7是本发明实施例中的PI动态变化下的并网点处电流波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图5，本发明实施例提供一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，包括如下步骤：
S1：采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值。
图1是本发明实施例中的电压控制结构示意图；电压环输入电压参考值和电压实际值，得到电流参考值作为电流环输入，电压环的实际输入值由电力电子变流器控制结构中的电压检测装置测量得到，并将其通过坐标变换为dq轴下的两个分量Uod、Uoq，通过电压有效值计算公式得到并网点电压幅值Ue。
所述电压有效值的计算公式为：
S2：根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升。
图2是本发明实施例中的并网点电压检测判断框图，如图所示，测得并网点电压后，将电压有效值Ue将与正常电压有效值Us进行比较，判断并网点电压变化情况。电压检测装置通过采集多个周期电压数据来防止误判操作。并网点电压是否出现暂降或骤升的具体判断标准为：
Ue>Us，判断出现电压骤升；
Ue<Us，判断出现电压暂降。
S3：根据步骤S2中的判断结果电压检测装置发出指令，切换电流环电流指令为常数值。
图3是本发明中的电流环控制结构示意图，如图所示，电流环电流指令由电压环生成，分别为idref、iqref，作为电流环输入指令，igd、igq和ugd、ugq分别为并网点出实际电流电压的dq分量，经由控制算法改进参数后的PI控制环节和加入的电压前馈环节，完成电流环控制。
图4是本发明中的电流指令切换图，如图所示，当系统并网点电压出现变化时，控制策略启动，电流环输入的电流指令值将从输入参考值切换至常数值，包括切换d轴电流指令和q轴电流指令，分别为idcon、iqcon。具体切换方式为：
若判断出现并网点电压骤升，电压检测装置发出指令，切换电流环指令为常数值，开关切换至idcon和iqcon，且该常数值小于正常电流值；若判断出现并网点电压暂降，电压检测装置发出指令，则切换电流环指令为常数值，同样使开关切换至idcon和iqcon，且该常数值大于正常电流值。
S4：在电流环电流指令切换为常数值时调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢，进而提高高低电压穿越动态响应速度，稳定电流环PI参数。
并网点电压骤升或暂降瞬间，将导致输出电流也突降或突升，为提高高低电压穿越的动态响应速度，快速稳定输出电流值进而稳定系统。本实施例在电流环电流指令切换为常数值时，采用算法优化电流环PI参数，实现电流指令切换瞬间，只采用比例控制，电流接近稳态时，再引入积分控制，最终稳态下，控制参数与正常状态时一致。
为提高高低电压穿越动态响应速度，在另一实施例，电流内环输出的电压调制信号ed和eq上还加入电压前馈控制。
所述控制算法包括优化算法、模糊算法等。
电流环PI控制表达式为：
式中，s是拉普拉斯算子。
根据实际输出电流与电流指令值的偏差大小，所述控制算法根据所述偏差的大小，在电流指令切换的同时，提高比例调节系数K的值，进而提高PI控制器的灵敏度，且使积分系数为0，快速实现所述偏差的减小。在检测到所述偏差减小后将逐步调小比例系数K的值，并向正常状态时的数值靠拢。
所述控制算法只采用比例调节系数K实现实际输出电流与电流指令相差在一定范围内时，为减小实际输出电流与电流指令的稳态误差，采用所述控制算法提高积分系数I的值。在稳态误差减小后，继续提高积分系数I的值，并向正常状态时的数值靠拢。
图6是本发明中的PI固定下的并网点处电流波形图，图7是本发明中的PI动态变化下的并网点处电流波形图，可以看到，在0.3s时刻出现电网故障，由于电流环调节速度较快的原因，故障后的电流波形都能快速稳定，图6中PI固定的控制方法下的电流波形在两个周期左右后达到稳态，而图7中PI动态变化的控制方法下的电流波形仅需一个周期左右后就已经达到稳态，对比看出，所提出的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法较于不加入算法调节的控制方法有更快的动态响应速度，可快速稳定输出电流值进而稳定系统。
本发明另一实施例提供一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越装置，包括：
并网点电压采集模块，用于采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值；
电压暂降或骤升判断模块，用于根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升；
电流环电流指令切换模块，用于根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值；
电流环PI参数调节模块，用于在电流环电流指令切换为常数值时采取控制算法调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢，以实现稳定电流环PI参数。
本发明另一实施例提供了一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行第一方面所述的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法。
本发明另一实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，其特征在于，应用于含储能电池、电力电子变流器、滤波器和并网点的系统，其中储能电池和电力电子变流器串接，电力电子变流器和滤波器串接后接入并网点，所述控制方法包括以下步骤：
采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值；
根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升；
根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值；
在电流环电流指令切换为常数值时采取控制算法调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢，以实现稳定电流环PI参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，其特征在于，所述采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值，具体包括：
检测并网点电压，并将并网点电压通过坐标变换为dq轴下的两个分量Uod、Uoq，通过电压有效值计算公式得到并网点电压幅值Ue。
3.根据权利要求2所述的一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，其特征在于，所述根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升，具体包括：
将所述电压有效值与正常电压有效值Us进行比较，判断并网点电压变化情况：
Ue>Us，判断出现电压骤升；
Ue<Us，判断出现电压暂降。
4.根据权利要求1所述的一种基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法，其特征在于，所述根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值，具体包括：
若判断出现并网点电压骤升，则发出指令切换电流环指令为第一常数值，且所述第一常数值小于正常电流值；若判断出现并网点电压暂降，则发出指令切换电流环指令为第二常数值，且所述第二常数值大于正常电流值。
5.一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越装置，其特征在于，包括：
并网点电压采集模块，用于采集并网点电压，通过电压有效值计算得到并网点电压幅值；
电压暂降或骤升判断模块，用于根据并网点电压幅值判断并网点电压是否出现暂降或骤升；
电流环电流指令切换模块，用于根据并网点电压暂降或骤升情况发出指令切换电流环电流指令为常数值；
电流环PI参数调节模块，用于在电流环电流指令切换为常数值时采取控制算法调节电流环PI参数，使电流环先采用比例控制，再采用积分控制，并逐步向正常控制下的数值靠拢，以实现稳定电流环PI参数。
6.根据权利要求5所述的一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越装置，其特征在于，所述并网点电压采集模块，具体用于：检测并网点电压，并将并网点电压通过坐标变换为dq轴下的两个分量Uod、Uoq，通过电压有效值计算公式得到并网点电压幅值Ue。
7.根据权利要求6所述的一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越装置，其特征在于，所述电压暂降或骤升判断模块，具体用于：
将所述电压有效值与正常电压有效值Us进行比较，判断并网点电压变化情况：
Ue>Us，判断出现电压骤升；
Ue<Us，判断出现电压暂降。
8.根据权利要求5所述的一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越装置，其特征在于，所述电流环电流指令切换模块，具体用于：若判断出现并网点电压骤升，则发出指令切换电流环指令为第一常数值，且所述第一常数值小于正常电流值；若判断出现并网点电压暂降，则发出指令切换电流环指令为第二常数值，且所述第二常数值大于正常电流值。
9.一种基于电流环控制参数动态调节的变流器故障穿越系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1-4中任一项所述的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的基于参数动态调节的变流器故障穿越快速控制方法。
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