一種確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，該方法是對于交流側(cè)最大電流為Iz的換流器，當其工作在三相電壓不對稱時，通過數(shù)值迭代方法確定換流器直流側(cè)的功率極限。該值作為換流器運行功率指令的上限，保證不對稱電壓條件下，換流器直流側(cè)電壓不發(fā)生二倍頻波動，提高換流器不對稱故障下的運行能力。
【專利說明】
一種確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定不對稱交流電壓條件下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在柔性高壓直流輸電、柔性直流配電網(wǎng)、交直流微網(wǎng)及其他需要交直流變換裝置 的場合，電壓源換流器在其中起著重要作用，它具有獨立調(diào)控交流側(cè)有功功率與無功功率 的能力，同時能夠通過一定的控制方式具備直流電壓支撐與交流諧波治理的功能。因單相 接地短路、相間短路等故障或其他不正常運行會導致?lián)Q流器交流側(cè)電壓出現(xiàn)不對稱。由于 負序電壓、電流的存在，常規(guī)控制下的換流器直流側(cè)的有功功率與電壓將會產(chǎn)生二倍于系 統(tǒng)頻率的波動。
[0003] 當電壓不對稱時，現(xiàn)有一種基于正負序分離的換流器雙環(huán)控制方法，該方法采用 功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，其外環(huán)控制根據(jù)功率波動表達式和不對稱電壓情況，實 時計算無波動電流指令，作為內(nèi)環(huán)電流控制的輸入，從而消除直流側(cè)有功功率的二倍頻波 動。
[0004] 現(xiàn)在還有一種基于反饋線性化電流解耦器的負序電壓前饋的換流器不平衡控制 方法，抑制了負序電流，簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0005] 然而，上述方法均是在不考慮換流器過流能力的前提下有效。當交流電壓中的負 序分量較大時，為了消除直流側(cè)有功和直流電壓的二倍頻波動，上述控制方法下的換流器 交流電流將超過限制。因此，在不對稱條件下，換流器直流側(cè)的有功功率存在極限值。已有 方法均未對該極限進行考慮，需要根據(jù)交流電壓不對稱情況進行確定。由于換流阻抗上功 率波動的存在，確定直流功率極限的過程需要求解關(guān)于交流電流指令的超越方程，無法求 得解析解，因此需要數(shù)值方法來解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法， 在換流器交流側(cè)電壓不對稱時，綜合考慮換流阻抗上的波動和和系統(tǒng)功率波動的關(guān)系，采 用數(shù)值迭代方法求解波動功率的超越方程，通過電流越限判斷對功率極限進行實時調(diào)整， 確定出最接近換流器直流側(cè)功率極限解析值的數(shù)值解，為控制系統(tǒng)提供功率指令上限，可 以有效消除不對稱電壓下?lián)Q流器直流電壓的波動及換流器過載。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:針對交流側(cè)最大電流為Iz 的換流器，當其工作在三相電壓不對稱時，通過數(shù)值迭代方法確定換流器直流側(cè)的功率極 限。具體過程如下：
[0008] 步驟1:對交流不對稱三相電壓進行坐標變換得到旋轉(zhuǎn)坐標下的d軸電壓正負序分 量和q軸電壓正負序分量:% ;
[0009] 步驟2:設(shè)定換流器直流側(cè)功率極限迭代初值P〇和交流側(cè)電流迭代初值Iam(0)，Ibm (0)，I?(〇)，同時令迭代次數(shù)變量i = 0;
[0010]步驟3:進行第i次數(shù)值迭代，由當前三相交流電流幅值Iam(i)，Ibm(i)，Ic；m(i)計算 換流阻抗上的功率波動PLRcos ( i )和PLRsin( i )，根據(jù)不對稱交流電壓信息和直流側(cè)無波動功 率約束條件，由下式求得交流電流指令值C/，&，G，C/:
[0012]根據(jù)該交流電流指令值，求得迭代后的三相交流電流幅值Iam(i+l)，I bm(i + l)，Icm (i+1);
[0013]步驟4:由下式計算迭代收斂因子k:
[0015]設(shè)定S為收斂門檻值，若k〈S，則迭代已收斂，進入步驟5;若k>S，則迭代還未收斂，i = i+l，返回步驟3;
[0016]步驟5:對本次迭代結(jié)果用下式進行過流判斷：
[0018] 若上式成立，則調(diào)整當前功率極限，由P〇-AP替代PQ，返回步驟2,其中AP功率極限 調(diào)整量;若上式不成立，進入步驟6;
[0019] 步驟6:對本次迭代結(jié)果用下式進行功率裕度判斷：
[0021]式中〇為設(shè)定的功率裕度門檻;若上式不成立，由P〇+A P替代PQ，返回步驟2;若上式 成立，則認為此時的功率值Po (i)即為直流側(cè)功率輸出極限值P(Max。
[0022]上述技術(shù)方案中，步驟2中的功率極限迭代初值Po取值范圍為0〈?〇〈2?〃^為換流 器的額定功率。
[0023 ]所述的收斂門檻值S的取值范圍為〇〈S〈 1。
[0024]所述的功率裕度門檻值〇的取值范圍為0〈〇〈1。
[0025] 所述的功率極限調(diào)整量A P的取值范圍為〇〈 A P〈P〇。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述確定不對稱電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法， 其優(yōu)點在于:本發(fā)明綜合利用了換流器交流側(cè)系統(tǒng)功率和換流阻抗上的功率波動關(guān)系，并 通過數(shù)值迭代的方法來確定換流器直流側(cè)功率極限。當換流器運行在交流電壓不對稱條件 下，本發(fā)明為換流站提供功率運行上限，在該功率極限以下，因不對稱電壓引起的直流電壓 二倍頻波動可以被有效消除。同時當換流器運行在該及線下可以有效防止換流器過流。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明方法的實施例示意圖。
[0028] 圖2是不對稱電壓條件下確定換流器直流側(cè)功率極限的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]圖1所示為一個柔性直流換流站接入交、直流系統(tǒng)的簡化模型，本發(fā)明方法在智能 測控裝置1中進行計算。智能測控裝置1的模擬量采集模塊通過交流電壓互感器2連接換流 器交流電源側(cè)，其通信模塊連接VSC控制系統(tǒng)3的通信模塊。
[0030]如圖2所示，智能測控裝置1通過人機界面獲取換流器交流側(cè)過流能力Iz、系統(tǒng)換 流阻抗L和R、功率極限初值Po以及交流側(cè)電流迭代初值Iam(0)，Ibm(0)，1。"(0)，通過模擬量 采集回路獲取交流不對稱電壓信息仏 3，1^，1^。，隨后由中央處理單元通過數(shù)字濾波求得 </，形成電壓矩陣U，中央處理單元綜合系統(tǒng)交流側(cè)功率與換流阻抗上功 率的波動關(guān)系，迭代求解換流器直流側(cè)功率極限。具體步驟如下：
[0031] 步驟1:對交流不對稱三相電壓進行坐標變換得到旋轉(zhuǎn)坐標下的d軸電壓正負序分 量和q軸電壓正負序分量:，<，，
[0032] 步驟2:設(shè)定換流器直流側(cè)功率極限迭代初值Po和交流側(cè)電流迭代初值Iam(0)，I bm (〇)，1?(〇)，同時令迭代次數(shù)變量1 = 〇;其中〇〈?〇〈2?〃，？〃為換流器的額定功率；
[0033]步驟3:進行第i次數(shù)值迭代，由當前三相交流電流幅值Iam(i)，Ibm(i)，Icm(i)計算 換流阻抗上的功率波動PLRcos ( i )和PLRsin( i )，根據(jù)不對稱交流電壓信息和直流側(cè)無波動功 率約束條件，由下式求得交流電流指令值匕，:
[0035]根據(jù)該交流電流指令值，求得迭代后的三相交流電流幅值Iam(i+l)，Ibm(i + l)，I? (i+1);
[0036]步驟4:由下式計算迭代收斂因子k:
[0038]設(shè)定S為收斂門檻值，〇〈S〈l，若k〈S，則迭代已收斂，進入步驟5;若k>S，則迭代還未 收斂，i = i+1，返回步驟3;
[0039]步驟5:對本次迭代結(jié)果用下式進行過流判斷：
[0041]若上式成立，則調(diào)整當前功率極限，由P〇-AP替代PQ，返回步驟2,其中AP為功率極 限調(diào)整量;若上式不成立，進入步驟6;
[0042] 步驟6:對本次迭代結(jié)果用下式進行功率裕度判斷：
[0044]式中〇為設(shè)定的功率裕度門檻，0〈〇〈1;若上式不成立，由P〇+AP替代PQ，返回步驟2; 若上式成立，則認為此時的功率值P〇( i )即為直流側(cè)功率輸出極限值P〇max。
[0045] 智能測控裝置1將運算得到的換流器直流側(cè)功率極限PQmax通過通信模塊傳輸?shù)綋Q 流器控制系統(tǒng)中。換流器控制系統(tǒng)的通信系統(tǒng)接收到功率極限信息，將實時調(diào)整控制器功 率外環(huán)指令值，繼而通過內(nèi)環(huán)產(chǎn)生出發(fā)脈沖信號，觸發(fā)換流器開關(guān)的導通與關(guān)閉。
[0046] 本發(fā)明所述確定不對稱電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，可以用于所有采用 電壓源換流器的交直流變換場合的控制系統(tǒng)中，并且對于任意一種電壓不對稱情況，都能 根據(jù)其電壓信息快速確定直流側(cè)功率極限，為換流站提供功率指令上限，提高其故障下的 運行能力。
[0047] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的 描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1. 一種確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，其特征在于，對于交流 側(cè)最大電流為Iz的換流器，當其工作在三相電壓不對稱時，通過數(shù)值迭代方法確定換流器 直流側(cè)的功率極限，具體包括如下步驟： 步驟1:對交流不對稱三相電壓進行坐標變換得到旋轉(zhuǎn)坐標下的d軸電壓正負序分量和 q軸電壓正負序分量 步驟2:設(shè)定換流器直流側(cè)功率極限迭代初值Po和交流側(cè)電流迭代初值Iam(0)，Ibm(0)， I?(0)，同時令迭代次數(shù)變量i = 0; 步驟3:進行第i次數(shù)值迭代，由當前三相交流電流幅值Iam(i)，Ibm(i)，Ic;m(i)計算換流 阻抗上的功率波動PlRcosG)和PLRsin(i)，根據(jù)不對稱交流電壓信息和直流側(cè)無波動功率約 束條件，由下式求得交流電流指令值&，ζ，c，?::根據(jù)該交流電流指令值，求得迭代后的三相交流電流幅值IM(i + l)，Ibm(i + l)，I?(i + 1)； 步驟4:由下式計算迭代收斂因子k:設(shè)定δ為收斂門濫值，若k〈5，則迭代已收斂，進入步驟5;若k>5，則迭代還未收斂，i = i+ 1，返回步驟3; 步驟5:對本次迭代結(jié)果用下式進行過流判斷：若上式成立，則調(diào)整當前功率極限，由Po-△ P替代Po,返回步驟2,其中△ P為功率極限調(diào) 整量;若上式不成立，進入步驟6; 步驟6:對本次迭代結(jié)果用下式進行功率裕度判斷：式中〇為設(shè)定的功率裕度門檻;若上式不成立，由P〇+A P替代P〇,返回步驟2;若上式成 立，則認為此時的功率值Po (i)即為直流側(cè)功率輸出極限值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，其特 征在于，步驟2中的功率極限迭代初值Po取值范圍為0〈P〇〈2P N，PN為換流器的額定功率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，其特 征在于，所述的收斂門檻值S的取值范圍為〇〈3〈1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，其特 征在于，所述的功率裕度門檻值σ的取值范圍為0〈 〇〈1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定不對稱交流電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法，其特 征在于，所述的功率極限調(diào)整量A P的取值范圍為〇〈 △ P〈P〇。
【文檔編號】H02M1/32GK105958522SQ201610321358
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】徐習東, 楊峰, 楊勇, 黃曉明, 陸翌, 裘鵬
【申請人】浙江大學, 國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院