一種確定不對(duì)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(duì)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(duì)于交流側(cè)最大電流為Iz的換流器，當(dāng)其工作在三相電壓不對(duì)稱時(shí)，通過(guò)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(yùn)行功率指令的上限，保證不對(duì)稱電壓條件下，換流器直流側(cè)電壓不發(fā)生二倍頻波動(dòng)，提高換流器不對(duì)稱故障下的運(yùn)行能力。
【專利說(shuō)明】
一種確定不對(duì)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(duì)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(chǎng)合，電壓源換流器在其中起著重要作用，它具有獨(dú)立調(diào)控交流側(cè)有功功率與無(wú)功功率 的能力，同時(shí)能夠通過(guò)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(yùn)行會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器交流側(cè)電壓出現(xiàn)不對(duì)稱。由于 負(fù)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(huì)產(chǎn)生二倍于系 統(tǒng)頻率的波動(dòng)。
[0003] 當(dāng)電壓不對(duì)稱時(shí)，現(xiàn)有一種基于正負(fù)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(dòng)表達(dá)式和不對(duì)稱電壓情況，實(shí) 時(shí)計(jì)算無(wú)波動(dòng)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(dòng)。
[0004] 現(xiàn)在還有一種基于反饋線性化電流解耦器的負(fù)序電壓前饋的換流器不平衡控制 方法，抑制了負(fù)序電流，簡(jiǎn)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(guò)流能力的前提下有效。當(dāng)交流電壓中的負(fù) 序分量較大時(shí)，為了消除直流側(cè)有功和直流電壓的二倍頻波動(dòng)，上述控制方法下的換流器 交流電流將超過(guò)限制。因此，在不對(duì)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(duì)該極限進(jìn)行考慮，需要根據(jù)交流電壓不對(duì)稱情況進(jìn)行確定。由于換流阻抗上功 率波動(dòng)的存在，確定直流功率極限的過(guò)程需要求解關(guān)于交流電流指令的超越方程，無(wú)法求 得解析解，因此需要數(shù)值方法來(lái)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(duì)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(duì)稱時(shí)，綜合考慮換流阻抗上的波動(dòng)和和系統(tǒng)功率波動(dòng)的關(guān)系，采 用數(shù)值迭代方法求解波動(dòng)功率的超越方程，通過(guò)電流越限判斷對(duì)功率極限進(jìn)行實(shí)時(shí)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(duì)稱電壓下?lián)Q流器直流電壓的波動(dòng)及換流器過(guò)載。
[0007] 為實(shí)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(duì)交流側(cè)最大電流為Iz 的換流器，當(dāng)其工作在三相電壓不對(duì)稱時(shí)，通過(guò)數(shù)值迭代方法確定換流器直流側(cè)的功率極 限。具體過(guò)程如下：
[0008] 步驟1:對(duì)交流不對(duì)稱三相電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的d軸電壓正負(fù)序分 量和q軸電壓正負(fù)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(shí)令迭代次數(shù)變量i = 0;
[0010]步驟3:進(jìn)行第i次數(shù)值迭代，由當(dāng)前三相交流電流幅值Iam(i)，Ibm(i)，Ic；m(i)計(jì)算 換流阻抗上的功率波動(dòng)PLRcos ( i )和PLRsin( i )，根據(jù)不對(duì)稱交流電壓信息和直流側(cè)無(wú)波動(dòng)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(jì)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(jìn)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(duì)本次迭代結(jié)果用下式進(jìn)行過(guò)流判斷：
[0018] 若上式成立，則調(diào)整當(dāng)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(jìn)入步驟6;
[0019] 步驟6:對(duì)本次迭代結(jié)果用下式進(jìn)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(rèn)為此時(shí)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(duì)稱電壓下?lián)Q流器直流側(cè)功率極限的方法， 其優(yōu)點(diǎn)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(dòng)關(guān)系，并 通過(guò)數(shù)值迭代的方法來(lái)確定換流器直流側(cè)功率極限。當(dāng)換流器運(yùn)行在交流電壓不對(duì)稱條件 下，本發(fā)明為換流站提供功率運(yùn)行上限，在該功率極限以下，因不對(duì)稱電壓引起的直流電壓 二倍頻波動(dòng)可以被有效消除。同時(shí)當(dāng)換流器運(yùn)行在該及線下可以有效防止換流器過(guò)流。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明方法的實(shí)施例示意圖。
[0028] 圖2是不對(duì)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(shí)施方式】
[0029]圖1所示為一個(gè)柔性直流換流站接入交、直流系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型，本發(fā)明方法在智能 測(cè)控裝置1中進(jìn)行計(jì)算。智能測(cè)控裝置1的模擬量采集模塊通過(guò)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(cè)控裝置1通過(guò)人機(jī)界面獲取換流器交流側(cè)過(guò)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(guò)模擬量 采集回路獲取交流不對(duì)稱電壓信息仏 3，1^，1^。，隨后由中央處理單元通過(guò)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(dòng)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(duì)交流不對(duì)稱三相電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的d軸電壓正負(fù)序分 量和q軸電壓正負(fù)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(shí)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(jìn)行第i次數(shù)值迭代，由當(dāng)前三相交流電流幅值Iam(i)，Ibm(i)，Icm(i)計(jì)算 換流阻抗上的功率波動(dòng)PLRcos ( i )和PLRsin( i )，根據(jù)不對(duì)稱交流電壓信息和直流側(cè)無(wú)波動(dòng)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(jì)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(jìn)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(duì)本次迭代結(jié)果用下式進(jìn)行過(guò)流判斷：
[0041]若上式成立，則調(diào)整當(dāng)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(jìn)入步驟6;
[0042] 步驟6:對(duì)本次迭代結(jié)果用下式進(jìn)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(rèn)為此時(shí)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(cè)控裝置1將運(yùn)算得到的換流器直流側(cè)功率極限PQmax通過(guò)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(shí)時(shí)調(diào)整控制器功 率外環(huán)指令值，繼而通過(guò)內(nèi)環(huán)產(chǎn)生出發(fā)脈沖信號(hào)，觸發(fā)換流器開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0046] 本發(fā)明所述確定不對(duì)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(chǎng)合的控制系統(tǒng)中，并且對(duì)于任意一種電壓不對(duì)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(yùn)行能力。
[0047] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)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(duì)于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種確定不對(duì)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(duì)于交流 側(cè)最大電流為Iz的換流器，當(dāng)其工作在三相電壓不對(duì)稱時(shí)，通過(guò)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(duì)交流不對(duì)稱三相電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的d軸電壓正負(fù)序分量和 q軸電壓正負(fù)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(shí)令迭代次數(shù)變量i = 0; 步驟3:進(jìn)行第i次數(shù)值迭代，由當(dāng)前三相交流電流幅值Iam(i)，Ibm(i)，Ic;m(i)計(jì)算換流 阻抗上的功率波動(dòng)PlRcosG)和PLRsin(i)，根據(jù)不對(duì)稱交流電壓信息和直流側(cè)無(wú)波動(dòng)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(jì)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(jìn)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(duì)本次迭代結(jié)果用下式進(jìn)行過(guò)流判斷：若上式成立，則調(diào)整當(dāng)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(jìn)入步驟6; 步驟6:對(duì)本次迭代結(jié)果用下式進(jìn)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(rèn)為此時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)】H02M1/32GK105958522SQ201610321358
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】徐習(xí)東, 楊峰, 楊勇, 黃曉明, 陸翌, 裘鵬
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué), 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院