CN117013554A - 一种具有pcc点电压支撑功能的vsc控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源控制技术领域,具体提供了一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法及装置,包括:采用MPPT控制方式对VSC进行控制,其中:基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。本发明提供的技术方案通过使用负反馈来调节无功功率的参考值,实现对PCC点电压的稳定控制。

Description

一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法及装置
技术领域
本发明涉及新能源控制技术领域,具体涉及一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法及装置。
背景技术
目前,直驱风机等新能源电源均需要经过VSC变流器接入交流电力系统,虽然VSC自身可以发出有功功率和无功功率,然而目前的VSC变流器一般均采用最大功率点跟踪控制(跟踪的是有功功率),只有在收到风电场的调度控制指令时,才会依照指令发出无功功率。风电机组处于交流电网的末梢,其受到风机自身功率变化的影响非常大,其接入点(PCC点)的电压容易出现电压不稳定现象,引起交流系统功率振荡。
变流器接入交流电网的控制系统,根据出现的时间依次包括:功角控制(PowerAngle Control)、矢量电流控制和虚拟同步机控制。
功角控制,通过控制电压源型变流器(VSC)输出的电压幅值和相角来实现对有功功率和无功功率的控制。其中通过电压幅值实现无功功率调节,通过调节VSC输出电压与交流电网的相位差来实现有功功率的调节。在出现接地故障时,容易出现故障电流超标,引起变流器的过电流保护动作。
矢量电流控制,是通过控制dq坐标系上的电流值实现有功和无功的控制。通过调节d轴电流Id实现对有功功率的控制,通过调节q轴电流Iq实现对无功功率的控制。dq变换依赖的相角则有锁相环(PLL)提供。矢量电流控制方法不会出现故障电流超标,是目前常用的一种控制方法。矢量电流控制的变流器接入弱电网时,容易出现功率振荡。
虚拟同步机控制,是最近十年来新兴的一种变流器控制方法,是为了解决矢量电流控制方法出现的功率振荡问题而出现的。虚拟同步机控制也是一种电压源型控制方法,其控制的是变流器出口端子上的电压值。通过模拟传统同步发电机的运行特性,可以保证变流器接入弱电网时的功率同步性,并抑制功率振荡。然而由于虚拟同步机采用的是电压源型控制方法,不能有效抑制故障电流,所以它仍然需要使用矢量电流控制方法作为备用方案,以便在故障时进行切换。
发明内容
为了克服上述缺陷,本发明提出了一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法及装置。
第一方面,提供一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法,采用MPPT控制方式对VSC进行控制,所述具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法包括:
基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;
基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。
优选的,所述基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值,包括:
对PCC点三相电压瞬时值进行Clark变换,得到αβ静止坐标系上的电压向量;
将所述αβ静止坐标系上的电压向量经直角坐标变换到极坐标变换模块,得到三相电压的幅值;
将所述三相电压的幅值经过一阶惯性环节,得到PCC点三相电压幅值的测量值。
进一步的,所述一阶惯性环节中的时间常数大于一个工频周期。
优选的,所述基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值,包括:
将所述PCC点三相电压幅值的测量值与PCC点三相电压幅值给定值进行比较后经过PI环节得到MPPT控制过程中的无功功率参考值。
进一步的,所述PCC点三相电压幅值给定值为690V。
第二方面,提供一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制装置,所述具有PCC点电压支撑功能的VSC控制装置包括:
确定模块,用于基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;
调节模块,用于基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。
优选的,所述确定模块具体用于:
对PCC点三相电压瞬时值进行Clark变换,得到αβ静止坐标系上的电压向量;
将所述αβ静止坐标系上的电压向量经直角坐标变换到极坐标变换模块,得到三相电压的幅值;
将所述三相电压的幅值经过一阶惯性环节,得到PCC点三相电压幅值的测量值。
进一步的,所述一阶惯性环节中的时间常数大于一个工频周期。
优选的,所述调节模块具体用于:
将所述PCC点三相电压幅值的测量值与PCC点三相电压幅值给定值进行比较后经过PI环节得到MPPT控制过程中的无功功率参考值。
进一步的,所述PCC点三相电压幅值给定值为690V。
第三方面,提供一种计算机设备,包括:一个或多个处理器;
所述处理器,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,实现所述的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法。
第四方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存有计算机程序,所述计算机程序被执行时,实现所述的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法。
本发明上述一个或多个技术方案,至少具有如下一种或多种有益效果:
本发明提供了一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法及装置,包括:采用MPPT控制方式对VSC进行控制,其中:基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。本发明提供的技术方案使用了负反馈,就不需要等待交流电网的集控调度中心下达输出无功功率的信号,可以就地实现连续的无功参考值调节,从而实现PCC点的电压稳定,进一步的,该方案采用的仍然属于矢量电流控制方法,所以在发生故障时不会出现变流器电流超标的情况,这一点要优于虚拟同步机控制方法。
附图说明
图1是本发明实施例的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法的主要步骤流程示意图;
图2是本发明实施例的VSC接入交流电网的系统拓扑图;
图3是本发明实施例的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制装置的主要结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
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前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
参阅附图1,图1是本发明的一个实施例的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法的主要步骤流程示意图。如图1所示,本发明实施例中的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法主要采用MPPT控制方式对VSC进行控制,包括以下步骤:
步骤S101:基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;
步骤S102:基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。
本实施例中,所述基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值,包括:
对PCC点三相电压瞬时值进行Clark变换,得到αβ静止坐标系上的电压向量;
将所述αβ静止坐标系上的电压向量经直角坐标变换到极坐标变换模块,得到三相电压的幅值;
将所述三相电压的幅值经过一阶惯性环节,得到PCC点三相电压幅值的测量值。
在一个实施方式中,所述一阶惯性环节中的时间常数大于一个工频周期。
本实施例中,所述基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值,包括:
将所述PCC点三相电压幅值的测量值与PCC点三相电压幅值给定值进行比较后经过PI环节得到MPPT控制过程中的无功功率参考值。
在一个实施方式中,所述PCC点三相电压幅值给定值为690V。
在一个最优的实施方式中,VSC接入交流电网的系统拓扑如图2所示。其中电感L和电容C构成变流器的低通滤波器,这个滤波器是用来去除PWM调制产生的高频谐波的。Lg代表了接入阻抗,当VSC距离电压源Us的距离越远,Lg就越大。
传统的变流器控制策略是针对强交流电网的,在强交流电网情形下(Lg趋于零),PCC点电压就等同于理想电压源的输出电压(690V)。而当Lg随着传输线的距离增大以后,PCC点的电压会变低,以至于影响VSC的功率输出稳定性,产生次、超同步等功率振荡现象。
因此,需要VSC输出无功来支撑PCC点的电压。
使用矢量电流控制的控制系统,可以控制VSC输出的有功功率和无功功率。由于新能源一般采用MPPT控制(最大功率点跟踪,Maximum Power Point Tracking),MPPT控制是为了保证最大程度的利用新能源资源。所以,有功功率的参考值是由新能源情况(天气情况,风速、阳光等)自动决定的。
本发明提供的技术方案解决方案是根据PCC点(即滤波电容上的三相电压值)的电压来自动调整无功功率的参考值;
实施例2
基于同一种发明构思,本发明还提供了一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制装置,如图3所示,所述具有PCC点电压支撑功能的VSC控制装置包括:
确定模块,用于基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;
调节模块,用于基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。
优选的,所述确定模块具体用于:
对PCC点三相电压瞬时值进行Clark变换,得到αβ静止坐标系上的电压向量;
将所述αβ静止坐标系上的电压向量经直角坐标变换到极坐标变换模块,得到三相电压的幅值;
将所述三相电压的幅值经过一阶惯性环节,得到PCC点三相电压幅值的测量值。
进一步的,所述一阶惯性环节中的时间常数大于一个工频周期。
优选的,所述调节模块具体用于:
将所述PCC点三相电压幅值的测量值与PCC点三相电压幅值给定值进行比较后经过PI环节得到MPPT控制过程中的无功功率参考值。
进一步的,所述PCC点三相电压幅值给定值为690V。
实施例3
基于同一种发明构思,本发明还提供了一种计算机设备,该计算机设备包括处理器以及存储器,所述存储器用于存储计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等,其是终端的计算核心以及控制核心,其适于实现一条或一条以上指令,具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能,以实现上述实施例中一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法的步骤。
实施例4
基于同一种发明构思,本发明还提供了一种存储介质,具体为计算机可读存储介质(Memory),所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备,用于存放程序和数据。可以理解的是,此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质,当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间,该存储空间存储了终端的操作系统。并且,在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令,这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是,此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器,也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令,以实现上述实施例中一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明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,本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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 (12)

1.一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法,采用MPPT控制方式对VSC进行控制,其特征在于,所述方法包括:
基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;
基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值,包括:
对PCC点三相电压瞬时值进行Clark变换,得到αβ静止坐标系上的电压向量;
将所述αβ静止坐标系上的电压向量经直角坐标变换到极坐标变换模块,得到三相电压的幅值;
将所述三相电压的幅值经过一阶惯性环节,得到PCC点三相电压幅值的测量值。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述一阶惯性环节中的时间常数大于一个工频周期。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值,包括:
将所述PCC点三相电压幅值的测量值与PCC点三相电压幅值给定值进行比较后经过PI环节得到MPPT控制过程中的无功功率参考值。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述PCC点三相电压幅值给定值为690V。
6.一种具有PCC点电压支撑功能的VSC控制装置,其特征在于,所述装置包括:
确定模块,用于基于PCC点三相电压瞬时值确定PCC点三相电压幅值的测量值;
调节模块,用于基于PCC点三相电压幅值的测量值调节MPPT控制过程中的无功功率参考值。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述确定模块具体用于:
对PCC点三相电压瞬时值进行Clark变换,得到αβ静止坐标系上的电压向量;
将所述αβ静止坐标系上的电压向量经直角坐标变换到极坐标变换模块,得到三相电压的幅值;
将所述三相电压的幅值经过一阶惯性环节,得到PCC点三相电压幅值的测量值。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述一阶惯性环节中的时间常数大于一个工频周期。
9.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述调节模块具体用于:
将所述PCC点三相电压幅值的测量值与PCC点三相电压幅值给定值进行比较后经过PI环节得到MPPT控制过程中的无功功率参考值。
10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述PCC点三相电压幅值给定值为690V。
11.一种计算机设备,其特征在于,包括:一个或多个处理器;
所述处理器,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,实现如权利要求1至5中任意一项所述的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法。
12.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其上存有计算机程序,所述计算机程序被执行时,实现如权利要求1至5中任意一项所述的具有PCC点电压支撑功能的VSC控制方法。
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