一种多台变流器不对称故障穿越控制方法与流程

1.本发明涉及一种变流器领域，尤其涉及一种多台变流器不对称故障穿越控制方法。


背景技术：

2.变流器需要在电网电压跌落或者不平衡的情况下并网，但是在电网电压跌落或者不平衡的情况下会导致变流器的输出电流超过变流器的最大额定电流，从而使得过电流保护装置动作；在电网电压跌落或者不平衡的情况下，还会使变流器输出的有功功率振荡，有功功率振荡会导致直流链路电压纹波，这可能会损坏直流链路电容器，针对在电网电压跌落或者不平衡的情况下，变流器输出电流过大和有功功率振荡的问题，本发明对并网变流器在电网电压跌落或者不平衡情况下的电流限制进行了深入研究，提供了一种控制方法，通过并联变流器的协同控制实现零有功功率振荡，同时遵守电流限制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，以解决在电网电压跌落或者不平衡的情况下，变流器的输出电流过大和有功功率振荡的问题。
4.本发明采用的技术方案如下：一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，实现不对称故障穿越控制方法的控制策略为：变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，同时有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡；
5.其中变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，当出现电网电压跌落或者不平衡时，变流器产生正序电流的控制参数应当趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数应当趋于零；
6.其中变流器的峰值电流大于变流器的额定电流时，变流器通过超级预曲折滑膜算法将产生动态电流的控制参数，动态电流的控制参数与预定义的动态电流的控制参数共同决定变流器产生正序和负序电流的控制参数。
7.进一步的，所述超级预曲折滑膜算法，具体如公式（1）和公式（2）所示；
8.；
9.；
10.式中，和表示第一台变流器产生正序和负序动态电流的控制参数，和表示中间变量，b和c为常数，为滑膜动态变量，为符号函数，为积分。
11.进一步的，所述变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内的控制方法，具体步骤如下：
12.多台变流器并网的微电网的参考电流如公式（3）所示：
13.；
14.式中，为变流器的参考电流，为变流器的参考有功功率，和是变流器产生正序和负序电流的控制参数，v
+
和v-是变流器的电压的正序向量和电压的负序向量；
15.对公式（3）进行反克拉克变换，计算出a，b，c相的电流峰值幅度如公式（4）、公式（5）、公式（6）所示：
16.；
17.式中，m为中间变量表示为；；；δ为相位角，其大小表示为：；是a相电流的最大值，是b相电流的最大值，是c相电流的最大值，v
α+ 、v
α-表示变流器的电压通过克拉克变换转化成静止坐标系α的电压，v
β+
、v
β-表示变流器的电压通过克拉克变换转化成静止坐标系β的电压；
18.由公式（4）、公式（5）、公式（6）可知：
19.若，则余弦函数的最小值与最大相电流关系如公式（7）：
20.；
21.若，则余弦函数的最大值与最大相电流关系如公式（8）：
22.；
23.上述公式得到最大相电流如公式（9）：
24.；
25.由最大相电流得到，变流器产生正序电流的控制参数趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数趋于零均在电网电压跌落或者不平衡条件下实现最小峰值相电流。
26.进一步的，有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡的控制方法，具体步骤如下：
27.电网电压跌落或者不平衡时，变流器注入的瞬时有功功率和无功功率如公式（10）所示：
28.；
29.式中，表示为变流器注入的瞬时有功功率和无功功率，为变流器的正序电压，为变流器的负序电压，为变流器的正序电流，为变流器的负序电流，p为变流器的有功功率的平均项，为变流器的有功功率的振荡项；
30.根据公式（10）得到：，；将公式（3）与公式（10）结合得到公式（11）和公式（12）：
31.；
32.根据公式（11）和公式（12）可知，当，变流器有功功率无振荡也即变流器有功功率的振荡为零；
33.多台变流器连接的情况下，有功功率振荡如公式（13）所示：
34.；
35.当有功功率不振荡，即满足公式（14）：
36.；
37.式中，表示为若干个变流器的有功功率的振荡项之和，是第一个变流器产生正序和负序电流的控制参数，是第二个变流器产生正序和负序电流的控制参数，是第n个变流器产生正序和负序电流的控制参数。
38.本发明的有益效果：解决在电网电压跌落或者不平衡的情况下，变流器的输出电流过大和有功功率振荡的问题。并对提出的不对称故障穿越控制方法的控制策略的有效性进行验证。
附图说明
39.图1为本发明的多台变流器不对称故障穿越控制方法原理图。
40.图2为本发明的超级预曲折滑膜算法原理图。
41.图3为本发明的多台变流器并网的微电网配置图。
42.图4为本发明的当=1时，和theta与峰值电流的仿真图。
43.图5为本发明的当=-1时，和theta与峰值电流的仿真图。
44.图6为本发明的，与峰值电流的仿真图。
45.图7为本发明的pcc电压的仿真图。
46.图8为本发明的第一个变流器输出电流仿真图。
47.图9为本发明的第二个变流器输出电流仿真图。
48.图10为本发明的变流器有功功率振荡的仿真图。
49.图11为本发明的控制方法调节，的仿真图。
具体实施方式
50.本发明是这样来工作和实施的，一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，实现不对称故障穿越控制方法的控制策略为：变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，同时有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡；
51.其中变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，当出现电网电压跌落或者不平衡时，变流器产生正序电流的控制参数应当趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数应当趋于零；
52.如图1所示，为本发明的多台变流器不对称故障穿越控制方法原理图，峰值电流与额定电流进行比较，变流器的峰值电流大于变流器的额定电流时，变流器通过超级预曲折滑膜算法将产生动态电流的控制参数（和），动态电流的控制参数与预定义的动态电流的控制参数（和）共同决定变流器产生正序和负序电流的控制参数（）。参考公式（14），即电网电压跌落或者不平衡时，超级预曲折滑膜算法将产生的和与预定义的和通过公式（14）产生了、。
53.如图2所示，为本发明的超级预曲折滑膜算法原理图，超级预曲折滑膜算法，具体如公式（1）和公式（2）所示；
54.；
55.；
56.式中，和表示第一台变流器产生正序和负序动态电流的控制参数，和表示中间变量，b和c为常数，为滑膜动态变量，为符号函数，为积分。
57.本发明所述变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内的控制方法，具体步骤如下：
58.如图3所示，为本发明的多台变流器并网的微电网配置图，为一个典型的具有并网变流器的微电网，这些变流器在直流母线和电网的公共耦合点之间互连，以实现从分布式发电单元到交流电网的高功率传输，根据电网规范，由光伏系统组成的分布式发电机组只能在电网电压不平衡的情况下向电网注入有功功率，因此本发明仅考虑有功功率传输。
59.此外考虑到电网电压不平衡下的运行，注入平衡电流可能会导致有功功率以两倍电网频率振荡，这对直流母线电压稳定运行产生不利影响。因此本发明应用一组包括正序电流和负序电流的参考电流。
60.多台变流器并网的微电网的参考电流如公式（3）所示：
61.；
62.式中，为变流器的参考电流，为变流器的参考有功功率，和是变流器产生正序和负序电流的控制参数，v
+
和v-是变流器的电压的正序向量和电压的负序向量；
63.对公式（3）进行反克拉克变换，计算出a，b，c相的电流峰值幅度如公式（4）、公式（5）、公式（6）所示：
64.；
65.式中，m为中间变量表示为；；；δ为相位角，其大小表示为：；是a相电流的最大值，是b相电流的最大值，是c相电流的最大值，v
α+ 、v
α-表示变流器的电压通过克拉克变换转化成静止坐标系α的电压，v
β+
、v
β-表示变流器的电压通过克拉克变换转化成静止坐标系β的电压；
66.由公式（4）、公式（5）、公式（6）可知：
67.若，则余弦函数的最小值与最大相电流关系如公式（7）：
68.；
69.若，则余弦函数的最大值与最大相电流关系如公式（8）：
70.；
71.上述公式得到最大相电流如公式（9）：
72.；
73.如图4所示，为本发明的当时，和theta与峰值电流的仿真图，如图5所示，为本发明的当时，和theta与峰值电流的仿真图，如图6所示，为本发明的，与峰值电流的仿真图。使用仿真软件对，theta和峰值相电流的关系进行仿真分析得到：通过分析，，theta和峰值相电流的关系得到结论：变流器产生正序电流的控制参数趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数趋于零均在电网电压跌落或者不平衡条件下实现最小峰值相电流。
74.进一步的，有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡的控制方法，具体步骤如下：
75.电网电压跌落或者不平衡时，变流器注入的瞬时有功功率和无功功率如公式（10）所示：
76.；
77.式中，表示为变流器注入的瞬时有功功率和无功功率，为变流器的正序电压，为变流器的负序电压，为变流器的正序电流，为变流器的负序电流，p为变流器的有功功率的平均项，为变流器的有功功率的振荡项；
78.根据公式（10）得到：，；将公式（3）与公式（10）结合得到公式（11）和公式（12）：
79.；
80.根据公式（11）和公式（12）可知，当，变流器有功功率无振荡也即变流器有功功率的振荡为零；
81.单个变流器的有功功率可以振荡，但是所有变流器输出的总有功功率不能发生振荡现象；额定功率最高的变流器应设计为冗余变流器，以抵消集体有功功率振荡；
82.多台变流器连接的情况下，有功功率振荡如公式（13）所示：
83.；
84.当有功功率不振荡，即满足公式：
85.；
86.式中，表示为若干个变流器的有功功率的振荡项之和，是第一个变流器产生正序和负序电流的控制参数，是第二个变流器产生正序和负序电流的控制参数，是第n个变流器产生正序和负序电流的控制参数。
87.如图7—图11所示，为了验证所提出的控制方法，使用仿真软件分析了并联两个并网变流器的运行；第二变流器具有较大的额定容量，设置为冗余变流器；首先将第一变流器限流设置为5.8a，正常运行时，，，；0.3s时，系统发生故障，导致电网的公共耦合点电压不平衡，此时分布式发电dg1峰值电流上升至6.7a，超过限流值，同时，由于，，，不存在有功功率振荡；在0.5s时，开始启动本发明所述的控制，可以观察到从1增加到2.6，从-1增加到-0.8以满足电流调节要求；此外，第二变流器作为冗余变流器，在保持为1时，的值自动计算得出；因此，虽然分布式发电dg1和分布式发电dg2均出现两倍于基频的有功功率振荡，但总输出有功功率仍保持无振荡；分布式发电dg1为第一变流器，分布式发电dg2为第二变流器。
88.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，其特征在于：实现不对称故障穿越控制方法的控制策略为：变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，同时有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡；其中变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，当出现电网电压跌落或者不平衡时，变流器产生正序电流的控制参数应当趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数应当趋于零；其中变流器的峰值电流大于变流器的额定电流时，变流器通过超级预曲折滑膜算法将产生动态电流的控制参数，动态电流的控制参数与预定义的动态电流的控制参数共同决定变流器产生正序和负序电流的控制参数。2.根据权利要求1所述的一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，其特征在于：所述超级预曲折滑膜算法，具体如公式（1）和公式（2）所示；；；式中，和表示第一台变流器产生正序和负序动态电流的控制参数，和表示中间变量，b和c为常数，为滑膜动态变量，为符号函数，为积分。3.根据权利要求2所述的一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，其特征在于：变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内的控制方法，具体步骤如下：多台变流器并网的微电网的参考电流如公式（3）所示：；式中，为变流器的参考电流，为变流器的参考有功功率，和是变流器产生正序和负序电流的控制参数，v
+
和v-是变流器的电压的正序向量和电压的负序向量；对公式（3）进行反克拉克变换，计算出a，b，c相的电流峰值幅度如公式（4）、公式（5）、公式（6）所示：；
；；式中，m为中间变量表示为；；；δ为相位角，其大小表示为：；是a相电流的最大值，是b相电流的最大值，是c相电流的最大值，v
α+ 、v
α-表示变流器的电压通过克拉克变换转化成静止坐标系α的电压，v
β+
、v
β-表示变流器的电压通过克拉克变换转化成静止坐标系β的电压；由公式（4）、公式（5）、公式（6）可知：若，则余弦函数的最小值与最大相电流关系如公式（7）：；若，则余弦函数的最大值与最大相电流关系如公式（8）：；上述公式得到最大相电流如公式（9）：；由最大相电流得到，变流器产生正序电流的控制参数趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数趋于零均在电网电压跌落或者不平衡条件下实现最小峰值相电流。4.根据权利要求3所述的一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，其特征在于：有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡的控制方法，具体步骤如下：电网电压跌落或者不平衡时，变流器注入的瞬时有功功率和无功功率如公式（10）所示：；式中，表示为变流器注入的瞬时有功功率和无功功率，为变流器的正序电压，为变流器的负序电压，为变流器的正序电流，为变流器的负序电流，p为变流器的有功功率的平均项，为变流器的有功功率的振荡项；根据公式（10）得到：，；将公式（3）与公式（10）结合得到公式（11）和公式（12）：；
；根据公式（11）和公式（12）可知，当，变流器有功功率无振荡也即变流器有功功率的振荡为零；多台变流器连接的情况下，有功功率振荡如公式（13）所示：；当有功功率不振荡，即满足公式（14）：；式中，表示为若干个变流器的有功功率的振荡项之和，是第一个变流器产生正序和负序电流的控制参数，是第二个变流器产生正序和负序电流的控制参数，是第n个变流器产生正序和负序电流的控制参数。

技术总结
本发明公开了一种多台变流器不对称故障穿越控制方法，实现不对称故障穿越控制方法的控制策略为：变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，同时有功功率振荡为零或是总输出有功功率不振荡；其中变流器的峰值电流限制在变流器的额定电流内，当出现电网电压跌落或者不平衡时，变流器产生正序电流的控制参数应当趋于无穷大或变流器产生负序电流的控制参数应当趋于零。本发明的有益效果：解决在电网电压跌落或者不平衡的情况下，变流器的输出电流过大和有功功率振荡的问题。并对提出的不对称故障穿越控制方法的控制策略的有效性进行验证。证。证。


技术研发人员：熊俊杰 赵伟哲 李佳 匡德兴 杨本星 彭哲续 谢传楠 罗云行 张华东 辛建波 陈玉树 肖戎 吕京航 陶翔
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 泰豪科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/7/18