一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210366425.5

申请日:

2012.09.28

公开号:

CN102882383A

公开日:

2013.01.16

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H02M 5/458申请公布日:20130116|||实质审查的生效IPC(主分类):H02M 5/458申请日:20120928|||公开

IPC分类号:

H02M5/458; H02J3/36

主分类号:

H02M5/458

申请人:

无锡清源电气科技有限公司

发明人:

蒋辰晖; 王志新; 吴杰

地址:

214174 江苏省无锡市惠山区堰桥街道金惠西路118号三楼317-318室

优先权:

专利代理机构:

北京品源专利代理有限公司 11332

代理人:

马晓亚

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内容摘要

本发明公开一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其通过虚拟磁链计算有功、无功功率,将电网等效为理想电压源,与变流器输入电抗合并,网侧电源等效为一个虚拟的交流电机,认为网侧电压是由虚拟磁链感应产生的。与电压定向双闭环控制方法相比,本发明无需设计电流内环且动态响应快;与查询开关表直接功率控制方法相比,本发明无需网侧电压传感器,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。

权利要求书

权利要求书一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,包括如下步骤:A、根据VSC‑HVDC系统结构,建立模块化多电平风电变流器的数学模型;B、通过PI调节器处理直流电压给定值与模块化多电平风电变流器的直流电压检测值Vdc的误差,获得有功电流给定值并将该有功电流给定值与直流电压检测值Vdc的乘积作为有功功率给定值p*,其中,无功功率给定值q*在单位功率因数运行时为零;C、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号Iu,v,w以及其各子模块的输出电压vju,v,w、开关函数Sju,v,w通过虚拟磁链计算模块进行处理,获得有功功率实际值p、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角γψs;D、将步骤B中的有功功率给定值p*和无功功率给定值q*,以及步骤C中的有功功率实际值p和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋转坐标系下的电压参考信号urd和urq;E、将步骤C中的磁链矢量的空间位置角rψs与步骤D中的电压参考信号urd和urq通过三相/两相旋转坐标变换模块处理,获得三相电压参考信号u′ref、v′ref及w′ref;F、将步骤E中的三相电压参考信号u′ref、v′ref及w′ref与MMC电容电压平均值控制模块输出的控制量uave、vave及wave进行叠加处理,获得模块化多电平风电变流器的三相电压控制信号uref、vref及wref;G、将步骤F中的三相电压控制信号uref、vref及wref与模块化多电平风电变流器上下桥臂电流、其各子模块的电容电压inu,v,w、ipu,v,w、uju,v,w通过MMC触发脉冲生成模块处理,获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。根据权利要求1所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,所述模块化多电平风电变流器中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的MCC结构。根据权利要求2所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,所述模块化多电平风电变流器的直流侧采用电容稳压,其交流侧设置有电抗器。根据权利要求3所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,所述步骤A中模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(1)所示:Leqdpdt=usd2-urd·usd-ωLeqdqdt=usq2+urq·usd+ω---(1)]]>其中,有功功率实际值p=usd·isd,无功功率实际值q=‑usd·isq,usd和usq、isd和isq、urq和urq分别表示d‑q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压,Leq表示模块化多电平风电变流器的等效输入电感,它包括该变流器的交流侧电抗器的电感及其桥臂的电感。根据权利要求4所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,所述步骤C具体包括:C1、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压ura、urb及urc,其中,ura、urb及urc的计算过程相同,以ura为例,计算过程如公式(2)所示:ura=-Σj=1nvju·Sju+Σj=n+12nvj---(2)]]>其中,vju为所述变流器的输出电压,Sju为对应开关函数;C2、虚拟磁链计算模块通过如下公式(3)、(4)计算模块计算α‑β坐标系下虚拟磁链矢量Ψsα、Ψsβ及其空间位置角γψs;Ψsα=∫(16(2·ura-urb-urc))dt+LecΨsβ=∫(12(urb-urc))dt+Leq·iLβ---(3)]]>sinγψs=ΨsβΨsα2+Ψsβ2cosγψs=ΨsαΨsα2+Ψsβ2---(4)]]>其中,iLa和iLβ为α‑β坐标系下交流电流的合成矢量;C3、虚拟磁链计算模块通过如下公式(5)、(6)计算模块化多电平风电变流器有功功率实际值p和无功功率实际值q;其中,根据该变流器交流侧电压关系us=ur+uL,即交流电网电压us等于变流器桥臂电压ur与电抗器上电压uL之和,则可得电网磁链Ψr和该变流器的磁链Ψs的关系,如公式(5)所示;Ψs=LeqiL+Ψr              (5)p=ω(Ψsαisβ-Ψsβisα)q=ω(Ψsαisα-Ψsβisβ)---(6)]]>其中,iL为交流电流的合成矢量,isα和isβ为α‑β坐标系中的交流电流。根据权利要求5所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,所述步骤D中功率解耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环结构。根据权利要求6所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,所述步骤F中MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电变流器的桥臂间电压,通过如下公式(7)、(8)获得控制量uave*=Kp2u(izu*-izu)+Ki2u∫(izu*-izu)dt---(7)]]>izu*=Kp1u(Vdc-Σj=12nvju)+Ki1u∫(Vdc-Σj=12nvju)dtizu=Carmduavedt---(8)]]>其中,Kp1u、Ki1u、Kp2u、Ki2u分别为比例、积分放大倍数,izu、为换流实际值与控制量,Carm为变流器桥臂串联的等效电容,uave为所述电容电压的平均值。

说明书

说明书一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法
技术领域
本发明涉及海上风电的变流技术领域,尤其涉及一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法。
背景技术
海上风能等可再生能源的大规模并网已成为未来电力系统及智能电网应用的发展方向。基于电压源变流器的柔性直流输电(voltage source converter‑high voltage direct current transmission,VSC‑HVDC)技术,应用于海上风电场远距离传输已成为当前研究热点之一。VSC‑HVDC系统对电压源变流器的容量和电压等级提出了极高要求。模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)具备级联式变流器的特点,容易实现较多电平数目和模块化设计,并能实现直流侧的背靠背连接,是一种适用于VSC‑HVDC的多电平拓扑结构。
传统的MMC的有功、无功功率解耦控制方法主要有两种:一、基于VSC‑HVDC系统线性模型的电压定向双闭环控制方法(voltage oriented control,VOC)。二、基于VSC‑HVDC系统非线性模型的查询开关表直接功率控制方法(Look‑up‑table direct power control,LUT‑DPC)。
在目前公开的文献中所提出的电压定向控制方法主要是通过同步转速旋转坐标变换将三相交流电流转换,分解为同步旋转坐标系中的有功、无功功率电流分量,然后经过比例‑积分(PI)调节器实施对有功、无功功率电流的独立控制,从而实现对MMC瞬时有功、无功功率的解耦控制。但是,该方法存在以下不足:一、PI调节器设计参数过多,调整困难。采用工程整定法大都基于系统传递函数,但该类系统较为复杂,采用简化传递函数等效计算方式得到的PI参数大都偏差较大,需在现场依赖人工经验调整,系统性能无法得到保证。二、对系统参数有一定的依赖性,采用内环前馈结构要用到系统电感等参数,在实际系统中这些参数的准确性难以保证,有时偏差较大,且随着系统运行工况的不同,会有一定的变化,因此,往往造成按照标称系统参数设计的PI调节器的实际运行性能与期望性能存在偏差。三、轻型直流输电系统数学模型本身存在强耦合、非线性等特征,而PI调节器是按照系统稳态线性化模型设计的,因此,无法保证系统动态性能,调节效果不可能达到最优。
在目前公开的文献中所提出的查询开关表直接功率控制方法源于交流电机直接转矩控制的思想,并应用于采用MMC的柔性直流输电系统中。该控制方法的基本原理是:在一个采样周期内根据瞬时有功、无功的误差以及电网位置信号,在事先确定的电压矢量开关表中选取合适的变流器输出电压矢量,使得输出功率能够快速、精确地跟踪其给定值。相对于VOC,LUT‑DPC的优点主要是动态响应快,具有较高的鲁棒性。然而,其明显不足是变流器开关频率不稳定,稳态特性不如VOC,同时,还因使用了较多的传感器,造成系统成本增加和体积庞大,且由于实际应用中丢失传感器信号,以及受到噪声干扰,造成系统性能降低。
发明内容
针对上述技术问题,本发明的目的在于提供一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其通过虚拟磁链计算有功、无功功率,无需电网电压传感器,无需设计电流内环,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,包括如下步骤:
A、根据VSC‑HVDC系统结构,建立模块化多电平风电变流器的数学模型;
B、通过PI调节器处理直流电压给定值与模块化多电平风电变流器的直流电压检测值Vdc的误差,获得有功电流给定值并将该有功电流给定值与直流电压检测值Vdc的乘积作为有功功率给定值p*,其中,无功功率给定值q*在单位功率因数运行时为零;
C、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号Iu,v,w以及其各子模块的输出电压vju,v,w、开关函数Sju,v,w通过虚拟磁链计算模块进行处理,获得有功功率实际值p、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角γψs;
D、将步骤B中的有功功率给定值p*和无功功率给定值q*,以及步骤C中的有功功率实际值p和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋转坐标系下的电压参考信号urd和urq;
E、将步骤C中的磁链矢量的空间位置角γψs与步骤D中的电压参考信号urd和urq通过三相/两相旋转坐标变换模块处理,获得三相电压参考信号u′ref、v′ref及w′ref;
F、将步骤E中的三相电压参考信号u′ref、v′ref及w′ref与MMC电容电压平均值控制模块输出的控制量uave、vave及wave进行叠加处理,获得模块化多电平风电变流器的三相电压控制信号uref、vref及wref;
G、将步骤F中的三相电压控制信号uref、vref及wref与模块化多电平风电变流器上下桥臂电流、其各子模块的电容电压inu,v,w、ipu,v,w、uju,v,w通过MMC触发脉冲生成模块处理,获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。
特别地,所述模块化多电平风电变流器中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的MCC结构。
特别地,所述模块化多电平风电变流器的直流侧采用电容稳压,其交流侧设置有电抗器。
特别地,所述步骤A中模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(1)所示:
<mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>L</MI> <MI>eq</MI> </MSUB><MFRAC><MI>dp</MI> <MI>dt</MI> </MFRAC><MO>=</MO> <MSUBSUP><MI>u</MI> <MI>sd</MI> <MN>2</MN> </MSUBSUP><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rd</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>sd</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MI>ω</MI> </MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>L</MI> <MI>eq</MI> </MSUB><MFRAC><MI>dq</MI> <MI>dt</MI> </MFRAC><MO>=</MO> <MSUP><MSUB><MI>u</MI> <MI>sq</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP><MO>+</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rq</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>sd</MI> </MSUB><MO>+</MO> <MI>ω</MI> </MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>1</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,有功功率实际值p=usd·isd,无功功率实际值q=‑usd·isq,usd和usq、isd和isq、urq和urq分别表示d‑q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压,Leq表示模块化多电平风电变流器的等效输入电感,它包括该变流器的交流侧电抗器的电感及其桥臂的电感。 <BR>特别地,所述步骤C具体包括: <BR>C1、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压ura、urb及urc,其中,ura、urb及urc的计算过程相同,以ura为例,计算过程如公式(2)所示: <BR><MATHS num="0002"><MATH><![CDATA[ <mrow><MSUB><MI>u</MI> <MI>ra</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>-</MO> <MSUBSUP><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MN>1</MN> </MROW><MI>n</MI> </MSUBSUP><MSUB><MI>v</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>S</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>+</MO> <MSUBSUP><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MI>n</MI> <MO>+</MO> <MN>1</MN> </MROW><MROW><MN>2</MN> <MI>n</MI> </MROW></MSUBSUP><MSUB><MI>v</MI> <MI>j</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>2</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,vju为所述变流器的输出电压,Sju为对应开关函数; <BR>C2、虚拟磁链计算模块通过如下公式(3)、(4)计算模块计算α‑β坐标系下虚拟磁链矢量Ψsα、Ψsβ及其空间位置角γψs; <BR><MATHS num="0003"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MN>1</MN> <MSQRT><MN>6</MN> </MSQRT></MFRAC><MROW><MO>(</MO> <MN>2</MN> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>ra</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rb</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rc</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> <MO>+</MO> <MSUB><MI>L</MI> <MI>ec</MI> </MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MN>1</MN> <MSQRT><MN>2</MN> </MSQRT></MFRAC><MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rb</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rc</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> <MO>+</MO> <MSUB><MI>L</MI> <MI>eq</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>i</MI> <MI>Lβ</MI> </MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>3</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR><MATHS num="0004"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MROW><MI>sin</MI> <MI>γ</MI> </MROW><MI>ψs</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MFRAC><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MSQRT><MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP><MO>+</MO> <MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP></MSQRT></MFRAC></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MROW><MI>cos</MI> <MI>γ</MI> </MROW><MI>ψs</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MFRAC><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MSQRT><MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP><MO>+</MO> <MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP></MSQRT></MFRAC></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>4</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,iLa和iLβ为α‑β坐标系下交流电流的合成矢量; <BR>C3、虚拟磁链计算模块通过如下公式(5)、(6)计算模块化多电平风电变流器有功功率实际值p和无功功率实际值q;其中,根据该变流器交流侧电压关系us=ur+uL,即交流电网电压us等于变流器桥臂电压ur与电抗器上电压uL之和,则可得电网磁链Ψr和该变流器的磁链Ψs的关系,如公式(5)所示; <BR>Ψs=LeqiL+Ψr&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(5) <BR><MATHS num="0005"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MI>p</MI> <MO>=</MO> <MI>ω</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MTD></MTR><MTR><MTD><MI>q</MI> <MO>=</MO> <MI>ω</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>6</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,iL为交流电流的合成矢量,isα和isβ为α‑β坐标系中的交流电流。 <BR>特别地,所述步骤D中功率解耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环结构。 <BR>特别地,所述步骤F中MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电变流器的桥臂间电压,通过如下公式(7)、(8)获得控制量 <BR><MATHS num="0006"><MATH><![CDATA[ <mrow><MSUBSUP><MI>u</MI> <MI>ave</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>=</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>p</MI> <MN>2</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MROW><MO>(</MO> <MSUBSUP><MI>i</MI> <MI>zu</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>-</MO> <MSUB><MI>i</MI> <MI>zu</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>+</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>i</MI> <MN>2</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MSUBSUP><MI>i</MI> <MI>zu</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>-</MO> <MSUB><MI>i</MI> <MI>zu</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>7</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR><MATHS num="0007"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUBSUP><MI>i</MI> <MI>zu</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>=</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>p</MI> <MN>1</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>V</MI> <MI>dc</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MUNDEROVER><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MN>1</MN> </MROW><MROW><MN>2</MN> <MI>n</MI> </MROW></MUNDEROVER><MSUB><MI>v</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>+</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>i</MI> <MN>1</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>V</MI> <MI>dc</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MUNDEROVER><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MN>1</MN> </MROW><MROW><MN>2</MN> <MI>n</MI> </MROW></MUNDEROVER><MSUB><MI>v</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> </MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>i</MI> <MI>zu</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MSUB><MI>C</MI> <MI>arm</MI> </MSUB><MFRAC><MSUB><MI>du</MI> <MI>ave</MI> </MSUB><MI>dt</MI> </MFRAC></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>8</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,Kp1u、Ki1u、Kp2u、Ki2u分别为比例、积分放大倍数,izu、为换流实际值与控制量,Carm为变流器桥臂串联的等效电容,uave为所述电容电压的平均值。 <BR>本发明通过虚拟磁链计算有功、无功功率,实现对模块化多电平风电变流器的直接功率控制,与VOC相比,本发明的无需设计电流内环且动态响应快;与LUT‑DPC相比,本发明无需网侧电压传感器,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。 <BR>附图说明 <BR>图1为本发明实施例提供的海上风电VSC‑HVDC系统结构图; <BR>图2a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器拓扑结构图; <BR>图2b为本发明实施例提供的变流器中子模块结构图; <BR>图3a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法原理图; <BR>图3b为本发明实施例提供的功率解耦控制模块原理图; <BR>图4a为本发明实施例提供的VSC‑HVDC系统有功功率和无功功率响应曲线; <BR>图4b为本发明实施例提供的VSC‑HVDC系统输出响应曲线; <BR>图4c为本发明实施例提供的电力系统出现故障时的系统输出响应曲线。 <BR>具体实施方式 <BR>为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 <BR>请参照图1所示,图1为本发明实施例提供的海上风电VSC‑HVDC系统结构图。图中,VSC1为风场侧变流器,VSC2为网侧变流器。C1、C2均为直流电容。T1为升压变压器,将风场出口电压升高至所需数值后送入风场侧变流器。T2为隔离变压器,网侧变流器通过该隔离变压器接入电网,发挥隔离和电压匹配的作用。其中,风场侧变流器和网侧变流器均为模块化多电平风电变流器,其中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的MCC结构。传输功率PDC的传输方向为由风场侧输送至网侧。需要说明的是,在所述变流器的交流侧还设置有进线电抗器,起到平波和直流侧电容电压泵升的作用。 <BR>如图2a所示,图2a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器拓扑结构图。以网侧变流器VSC2为例。由虚拟磁链概念,可将网侧电源看做一个虚拟交流电机,如图中虚线框中的部分所示。其中,R0为所述虚拟交流电机的定子电阻,L0为所述虚拟交流电机的电感,ia、ib和ic为网侧电流,u′rb、u′rb及u′rc该变流器的交流侧电压,ura、urb及urc变流器的桥臂电压。模块化多电平风电变流器的子模块SMn(n为正整数)结构图,如图2b所示。 <BR>如图3a所示,图3a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法原理图。 <BR>本实施例中以一台系统容量为40kVA,电压等级690V的基于模块化多电平风电变流器的VSC‑HVDC系统为例,该模块化多电平风电变流器的每个桥臂设置四个子模块,风场侧变流器VSC1控制直流电压,网侧变流器VSC2控制有功功率。 <BR>基于虚拟磁链的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法包括如下步骤: <BR>步骤S101、根据VSC‑HVDC系统结构,建立模块化多电平风电变流器的数学模型。 <BR>在该数学模型中,风场部分用同步发电机等效,网侧采用理想电压源,风场侧变压器为升压变压器,将风场出口电压升高至所需数值后送入风场侧变流器。网侧变流器经隔离变压器接入电网,这一侧变压器的作用为隔离和电压匹配。风场侧变流器和网侧变流器的直流侧以长距离输电电缆连接,电缆模型采用型等效电路模拟。风场侧变流器和网侧变流器交流侧三相电抗器采用三相电感模块模拟。 <BR>模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(1)所示: <BR><MATHS num="0008"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>L</MI> <MI>eq</MI> </MSUB><MFRAC><MI>dp</MI> <MI>dt</MI> </MFRAC><MO>=</MO> <MSUBSUP><MI>u</MI> <MI>sd</MI> <MN>2</MN> </MSUBSUP><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rd</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>sd</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MI>ω</MI> </MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>L</MI> <MI>eq</MI> </MSUB><MFRAC><MI>dq</MI> <MI>dt</MI> </MFRAC><MO>=</MO> <MSUP><MSUB><MI>u</MI> <MI>sq</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP><MO>+</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rq</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>sd</MI> </MSUB><MO>+</MO> <MI>ω</MI> </MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>1</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,有功功率实际值p=usd·isd,无功功率实际值q=‑usd·isq,usd和usq、isd和isq、urq和urq分别表示d‑q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压,Leq表示模块化多电平风电变流器的等效输入电感,它包括该变流器的交流侧电抗器的电感及其桥臂的电感。 <BR>步骤S102、通过PI调节器处理直流电压给定值与模块化多电平风电变流器的直流电压检测值Vdc的误差,获得有功电流给定值并将该有功电流给定值与直流电压检测值Vdc的乘积作为有功功率给定值p*,其中,无功功率给定值q*在单位功率因数运行时为零。 <BR>步骤S103、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号Iu,v,w以及其各子模块的输出电压vju,v,w、开关函数Sju,v,w通过虚拟磁链计算模块进行处理,获得有功功率实际值p、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角γψs。 <BR>所述虚拟磁链计算模块的基本概念是由虚拟电机引出的,其基本思想是将电网等效为理想电压源,与变流器输入电抗合并,网侧电源可以看作一个虚拟的交流电机,认为网侧电压是由虚拟磁链感应产生。虚拟磁链计算模块具体工作过程如下: <BR>步骤S1031、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压ura、urb及urc,其中,ura、urb及urc的计算过程相同,以ura为例,计算过程如公式(2)所示: <BR><MATHS num="0009"><MATH><![CDATA[ <mrow><MSUB><MI>u</MI> <MI>ra</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>-</MO> <MSUBSUP><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MN>1</MN> </MROW><MI>n</MI> </MSUBSUP><MSUB><MI>v</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>S</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>+</MO> <MSUBSUP><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MI>n</MI> <MO>+</MO> <MN>1</MN> </MROW><MROW><MN>2</MN> <MI>n</MI> </MROW></MSUBSUP><MSUB><MI>v</MI> <MI>j</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>2</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,vju为所述变流器的输出电压,Sju为对应开关函数。 <BR>步骤S1032、虚拟磁链计算模块通过如下公式(3)、(4)计算模块计算α‑β坐标系下虚拟磁链矢量Ψsα、Ψsβ及其空间位置角γψs; <BR><MATHS num="0010"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MN>1</MN> <MSQRT><MN>6</MN> </MSQRT></MFRAC><MROW><MO>(</MO> <MN>2</MN> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>ra</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rb</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rc</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> <MO>+</MO> <MSUB><MI>L</MI> <MI>ec</MI> </MSUB></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MN>1</MN> <MSQRT><MN>2</MN> </MSQRT></MFRAC><MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rb</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>u</MI> <MI>rc</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> <MO>+</MO> <MSUB><MI>L</MI> <MI>eq</MI> </MSUB><MO>&amp;CenterDot;</MO> <MSUB><MI>i</MI> <MI>Lβ</MI> </MSUB></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>3</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR><MATHS num="0011"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUB><MROW><MI>sin</MI> <MI>γ</MI> </MROW><MI>ψs</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MFRAC><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MSQRT><MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP><MO>+</MO> <MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP></MSQRT></MFRAC></MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MROW><MI>cos</MI> <MI>γ</MI> </MROW><MI>ψs</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MFRAC><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MSQRT><MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP><MO>+</MO> <MSUP><MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MN>2</MN> </MSUP></MSQRT></MFRAC></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>4</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,iLa和iLβ为α‑β坐标系下交流电流的合成矢量。 <BR>步骤S1033、虚拟磁链计算模块通过如下公式(5)、(6)计算模块化多电平风电变流器有功功率实际值p和无功功率实际值q;其中,根据该变流器交流侧电压关系us=ur+uL,即交流电网电压us等于变流器桥臂电压ur与电抗器上电压uL之和,则可得电网磁链Ψr和该变流器的磁链Ψs的关系,如公式(5)所示; <BR>Ψs=LeqiL+Ψr&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(5) <BR><MATHS num="0012"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MI>p</MI> <MO>=</MO> <MI>ω</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MTD></MTR><MTR><MTD><MI>q</MI> <MO>=</MO> <MI>ω</MI> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sα</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MSUB><MI>Ψ</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MSUB><MI>i</MI> <MI>sβ</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>6</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,iL为交流电流的合成矢量,isα和isβ为α‑β坐标系中的交流电流。 <BR>由公式(6)知,系统的功率反馈可以由虚拟磁链计算得到,同时由公式(3)可知,磁链计算过程中含有纯积分环节,其低通特性可提高系统抗干扰性能,但实际应用时积分初值难以确定,影响系统性能,可采用二阶环节2ωc/(s+ωc)2代替,其幅相频率特性与纯积分环节相似,ωc为系统角频率。由公式(4)可知坐标变换采用磁链定向从而省去了系统交流电压传感器。 <BR>步骤S104、将步骤S102中的有功功率给定值p*和无功功率给定值q*,以及步骤S103中的有功功率实际值p和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋转坐标系下的电压参考信号urd和urq。 <BR>图3b为本发明实施例提供的功率解耦控制模块原理图。功率解耦控制模块和直接功率控制器组成变流器功率控制环。由上述公式(1)可知d、q轴变量存在耦合,功率解耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环结构。 <BR>步骤S105、将步骤S103中的磁链矢量的空间位置角γψs与步骤S104中的电压参考信号urd和urq通过三相/两相旋转坐标变换模块处理,获得三相电压参考信号u′ref、v′ref及w′ref。 <BR>步骤S106、将步骤S105中的三相电压参考信号u′ref、v′ref及w′ref与MMC电容电压平均值控制模块输出的控制量uave、vave及wave进行叠加处理,获得模块化多电平风电变流器的三相电压控制信号uref、vref及wref。 <BR>MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电变流器的桥臂间电压,通过参考信号中叠加平衡分量的方法使各子模块电容电压跟踪其给定值。假定三相负载对称,只考虑环流影响,MMC电容电压平均值控制模块通过如下公式(7)、(8)获得控制量 <BR><MATHS num="0013"><MATH><![CDATA[ <mrow><MSUBSUP><MI>u</MI> <MI>ave</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>=</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>p</MI> <MN>2</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MROW><MO>(</MO> <MSUBSUP><MI>i</MI> <MI>zu</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>-</MO> <MSUB><MI>i</MI> <MI>zu</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>+</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>i</MI> <MN>2</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MSUBSUP><MI>i</MI> <MI>zu</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>-</MO> <MSUB><MI>i</MI> <MI>zu</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>7</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR><MATHS num="0014"><MATH><![CDATA[ <mrow><MFENCED close="" open="{"><MTABLE><MTR><MTD><MSUBSUP><MI>i</MI> <MI>zu</MI> <MO>*</MO> </MSUBSUP><MO>=</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>p</MI> <MN>1</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>V</MI> <MI>dc</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MUNDEROVER><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MN>1</MN> </MROW><MROW><MN>2</MN> <MI>n</MI> </MROW></MUNDEROVER><MSUB><MI>v</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MO>+</MO> <MSUB><MI>K</MI> <MROW><MI>i</MI> <MN>1</MN> <MI>u</MI> </MROW></MSUB><MO>&amp;Integral;</MO> <MROW><MO>(</MO> <MSUB><MI>V</MI> <MI>dc</MI> </MSUB><MO>-</MO> <MUNDEROVER><MI>Σ</MI> <MROW><MI>j</MI> <MO>=</MO> <MN>1</MN> </MROW><MROW><MN>2</MN> <MI>n</MI> </MROW></MUNDEROVER><MSUB><MI>v</MI> <MI>ju</MI> </MSUB><MO>)</MO> </MROW><MI>dt</MI> </MTD></MTR><MTR><MTD><MSUB><MI>i</MI> <MI>zu</MI> </MSUB><MO>=</MO> <MSUB><MI>C</MI> <MI>arm</MI> </MSUB><MFRAC><MSUB><MI>du</MI> <MI>ave</MI> </MSUB><MI>dt</MI> </MFRAC></MTD></MTR></MTABLE></MFENCED><MO>-</MO> <MO>-</MO> <MO>-</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>8</MN> <MO>)</MO> </MROW></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,Kp1u、Ki1u、Kp2u、Ki2u分别为比例、积分放大倍数,izu、为换流实际值与控制量,Carm为变流器桥臂串联的等效电容,uave为所述电容电压的平均值。 <BR>步骤S107、将步骤S106中的三相电压控制信号uref、vref及wref与模块化多电平风电变流器上下桥臂电流、其各子模块的电容电压inu,v,w、ipu,v,w、uju,v,w通过MMC触发脉冲生成模块处理,获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。 <BR>如图4a所示,图4a为本发明实施例提供的VSC‑HVDC系统有功功率和无功功率响应曲线。 <BR>本实施例中无功功率给定为零,直流电容预充电至47kV(即1.35Uf,Uf为交流系统的线电压有效值)。VSC‑HVDC系统启动后,设置网侧有功功率给定值,在t=1s时由0.65p.u阶跃变化至0.95p.u,验证系统动态响应性能。 <BR>如图4a所示,由于有功、无功数值差较大,采用标幺值输出(以相电压峰值28.6kV,系统容量20MVA对计算过程进行标幺化),图中P′、Q′由电压、电流测量值计算得到,P、Q是基于虚拟磁链算法利用公式(6)计算获得的,二者稳态值基本一致,表明本发明中针对模块化多电平风电变流器所设计的功率估计方法具有较高的精度。 <BR>如图4b所示,图4b为本发明实施例提供的VSC‑HVDC系统输出响应曲线。其中,曲线Vdc1为本发明的直接功率控制算法系统输出直流电压,曲线Vdc2为双闭环矢量控制算法系统输出直流电压,启动阶段动态性能Vdc1明显优于Vdc2,在风场侧输出功率阶跃变化瞬间,直流电压仅有很小幅波动,两种算法控制性能相当,系统动态响应性能良好。 <BR>电力系统经常出现暂态过渡过程,如三相短路、对地短路等,要求柔性直流输电系统具有一定的抗干扰能力。设置t=1s时,网侧出现三相对地短路故障,0.12s后恢复正常,VSC‑HVDC系统响应曲线如图4c所示,大约在故障恢复后0.6s跟踪给定。图4c中,曲线Vdc1为本发明的直接功率控制算法系统输出直流电压,曲线Vdc2为双闭环矢量控制算法系统输出直流电压,Vdc1的超调量小于Vdc2,暂态过程中本发明的性能优于双闭环矢量控制。 <BR>本发明的技术方案通过虚拟磁链计算有功、无功功率,无需电网电压传感器,无需设计电流内环,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。 <BR>上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围内。</p></div> </div> </div> </div> <div class="tempdiv cssnone" style="line-height:0px;height:0px; overflow:hidden;"> </div> <div id="page"> <div class="page"><img src='https://img.zhuanlichaxun.net/fileroot2/2018-9/13/ba04d4e1-9cb3-46a2-b922-f60bd9b3d8a3/ba04d4e1-9cb3-46a2-b922-f60bd9b3d8a31.gif' alt="一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法.pdf_第1页" width='100%'/></div><div class="pageSize">第1页 / 共14页</div> <div class="page"><img src='https://img.zhuanlichaxun.net/fileroot2/2018-9/13/ba04d4e1-9cb3-46a2-b922-f60bd9b3d8a3/ba04d4e1-9cb3-46a2-b922-f60bd9b3d8a32.gif' alt="一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法.pdf_第2页" width='100%'/></div><div class="pageSize">第2页 / 共14页</div> <div class="page"><img src='https://img.zhuanlichaxun.net/fileroot2/2018-9/13/ba04d4e1-9cb3-46a2-b922-f60bd9b3d8a3/ba04d4e1-9cb3-46a2-b922-f60bd9b3d8a33.gif' alt="一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法.pdf_第3页" width='100%'/></div><div class="pageSize">第3页 / 共14页</div> </div> <div id="pageMore" class="btnmore" onclick="ShowSvg();">点击查看更多>></div> <div style="margin-top:20px; line-height:0px; height:0px; overflow:hidden;"> <div style=" font-size: 16px; background-color:#e5f0f7; font-weight: bold; text-indent:10px; line-height: 40px; height:40px; padding-bottom: 0px; margin-bottom:10px;">资源描述</div> <div class="detail-article prolistshowimg"> <p>《一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法.pdf(14页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。</p> <p >1、(10)申请公布号 CN 102882383 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 2 3 8 3 A *CN102882383A* (21)申请号 201210366425.5 (22)申请日 2012.09.28 H02M 5/458(2006.01) H02J 3/36(2006.01) (71)申请人无锡清源电气科技有限公司 地址 214174 江苏省无锡市惠山区堰桥街道 金惠西路118号三楼317-318室 (72)发明人蒋辰晖 王志新 吴杰 (74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司 11332 代理人马晓亚 (54) 发明名称 一种模块化多电。</p> <p >2、平风电变流器的直接功率控 制方法 (57) 摘要 本发明公开一种模块化多电平风电变流器的 直接功率控制方法,其通过虚拟磁链计算有功、无 功功率,将电网等效为理想电压源,与变流器输入 电抗合并,网侧电源等效为一个虚拟的交流电机, 认为网侧电压是由虚拟磁链感应产生的。与电压 定向双闭环控制方法相比,本发明无需设计电流 内环且动态响应快;与查询开关表直接功率控制 方法相比,本发明无需网侧电压传感器,不仅动态 响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特 性。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说。</p> <p >3、明书 7 页 附图 3 页 1/3页 2 1.一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在于,包括如下步骤: A、根据VSC-HVDC系统结构,建立模块化多电平风电变流器的数学模型; B、通过PI调节器处理直流电压给定值与模块化多电平风电变流器的直流电压检 测值V dc 的误差,获得有功电流给定值并将该有功电流给定值与直流电压检测值V dc 的 乘积作为有功功率给定值p * ,其中,无功功率给定值q * 在单位功率因数运行时为零; C、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号I u,v,w 以 及其各子模块的输出电压v ju,v,w 、开关函数S ju,v,w。</p> <p >4、 通过虚拟磁链计算模块进行处理,获得有 功功率实际值p、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角 s ; D、将步骤B中的有功功率给定值p * 和无功功率给定值q * ,以及步骤C中的有功功率实 际值p和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋转坐 标系下的电压参考信号u rd 和u rq ; E、将步骤C中的磁链矢量的空间位置角r s 与步骤D中的电压参考信号u rd 和u rq 通过 三相/两相旋转坐标变换模块处理,获得三相电压参考信号u ref 、v ref 及w ref ; F、将步骤E中的三相电压参考信号u ref 、v ref 及w ref 与MMC电容电。</p> <p >5、压平均值控 制模块输出的控制量u ave 、v ave 及w ave 进行叠加处理,获得模块化多电平风电变流器的三相电 压控制信号u ref 、v ref 及w ref ; G、将步骤F中的三相电压控制信号u ref 、v ref 及w ref 与模块化多电平风电变流器上下桥 臂电流、其各子模块的电容电压i nu,v,w 、i pu,v,w 、u ju,v,w 通过MMC触发脉冲生成模块处理,获得 控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。 2.根据权利要求1所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在 于,所述模块化多电平风电变流器中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管。</p> <p >6、(IGBT)的 MCC结构。 3.根据权利要求2所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在 于,所述模块化多电平风电变流器的直流侧采用电容稳压,其交流侧设置有电抗器。 4.根据权利要求3所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在 于,所述步骤A中模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(1)所示: 其中,有功功率实际值pu sd i sd ,无功功率实际值q-u sd i sq ,u sd 和u sq 、i sd 和i sq 、 u rq 和u rq 分别表示d-q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压,L eq 表示模 块化多电平风电变流器的等效输入电感,。</p> <p >7、它包括该变流器的交流侧电抗器的电感及其桥臂 的电感。 5.根据权利要求4所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在 于,所述步骤C具体包括: C1、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压u ra 、u rb 及u rc ,其中, u ra 、u rb 及u rc 的计算过程相同,以u ra 为例,计算过程如公式(2)所示: 权 利 要 求 书CN 102882383 A 2/3页 3 其中,v ju 为所述变流器的输出电压,S ju 为对应开关函数; C2、虚拟磁链计算模块通过如下公式(3)、(4)计算模块计算-坐标系下虚拟磁链 矢量 s 、 s 及其空间位置角 s。</p> <p >8、 ; 其中,i La 和i L 为-坐标系下交流电流的合成矢量; C3、虚拟磁链计算模块通过如下公式(5)、(6)计算模块化多电平风电变流器有功功率 实际值p和无功功率实际值q;其中,根据该变流器交流侧电压关系u s u r +u L ,即交流电网 电压u s 等于变流器桥臂电压u r 与电抗器上电压u L 之和,则可得电网磁链 r 和该变流器的 磁链 s 的关系,如公式(5)所示; s L eq i L + r (5) 其中,i L 为交流电流的合成矢量,i s 和i s 为-坐标系中的交流电流。 6.根据权利要求5所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在 于,所述步骤D中功。</p> <p >9、率解耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环结构。 7.根据权利要求6所述的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法,其特征在 于,所述步骤F中MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电变流器的桥臂 间电压,通过如下公式(7)、(8)获得控制量 其中,K p1u 、K i1u 、K p2u 、K i2u 分别为比例、积分放大倍数,i zu 、为换流实际值与控制量,C arm 权 利 要 求 书CN 102882383 A 3/3页 4 为变流器桥臂串联的等效电容,u ave 为所述电容电压的平均值。 权 利 要 求 书CN 102882383 A 1/7页 5 一种模块化多电平风。</p> <p >10、电变流器的直接功率控制方法 技术领域 0001 本发明涉及海上风电的变流技术领域,尤其涉及一种模块化多电平风电变流器的 直接功率控制方法。 背景技术 0002 海上风能等可再生能源的大规模并网已成为未来电力系统及智能电网应用的发 展方向。基于电压源变流器的柔性直流输电(voltage source converter-high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)技术,应用于海上风电场远距离传输已成为当 前研究热点之一。VSC-HVDC系统对电压源变流器的容量和电压等级提出了极高要求。模块 化多电平变流器(modular multileve。</p> <p >11、l converter,MMC)具备级联式变流器的特点,容易实 现较多电平数目和模块化设计,并能实现直流侧的背靠背连接,是一种适用于VSC-HVDC的 多电平拓扑结构。 0003 传统的MMC的有功、无功功率解耦控制方法主要有两种:一、基于VSC-HVDC系 统线性模型的电压定向双闭环控制方法(voltage oriented control,VOC)。二、基于 VSC-HVDC系统非线性模型的查询开关表直接功率控制方法(Look-up-table direct power control,LUT-DPC)。 0004 在目前公开的文献中所提出的电压定向控制方法主要是通过同步转速旋转坐标 变换。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>12、将三相交流电流转换,分解为同步旋转坐标系中的有功、无功功率电流分量,然后经过 比例-积分(PI)调节器实施对有功、无功功率电流的独立控制,从而实现对MMC瞬时有功、 无功功率的解耦控制。但是,该方法存在以下不足:一、PI调节器设计参数过多,调整困 难。采用工程整定法大都基于系统传递函数,但该类系统较为复杂,采用简化传递函数等效 计算方式得到的PI参数大都偏差较大,需在现场依赖人工经验调整,系统性能无法得到保 证。二、对系统参数有一定的依赖性,采用内环前馈结构要用到系统电感等参数,在实际系 统中这些参数的准确性难以保证,有时偏差较大,且随着系统运行工况的不同,会有一定的 变化,因此,往往造成按照。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>13、标称系统参数设计的PI调节器的实际运行性能与期望性能存在 偏差。三、轻型直流输电系统数学模型本身存在强耦合、非线性等特征,而PI调节器是按照 系统稳态线性化模型设计的,因此,无法保证系统动态性能,调节效果不可能达到最优。 0005 在目前公开的文献中所提出的查询开关表直接功率控制方法源于交流电机直接 转矩控制的思想,并应用于采用MMC的柔性直流输电系统中。该控制方法的基本原理是:在 一个采样周期内根据瞬时有功、无功的误差以及电网位置信号,在事先确定的电压矢量开 关表中选取合适的变流器输出电压矢量,使得输出功率能够快速、精确地跟踪其给定值。相 对于VOC,LUT-DPC的优点主要是动态响应快,具。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>14、有较高的鲁棒性。然而,其明显不足是变流 器开关频率不稳定,稳态特性不如VOC,同时,还因使用了较多的传感器,造成系统成本增加 和体积庞大,且由于实际应用中丢失传感器信号,以及受到噪声干扰,造成系统性能降低。 发明内容 说 明 书CN 102882383 A 2/7页 6 0006 针对上述技术问题,本发明的目的在于提供一种模块化多电平风电变流器的直接 功率控制方法,其通过虚拟磁链计算有功、无功功率,无需电网电压传感器,无需设计电流 内环,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。 0007 为达此目的,本发明采用以下技术方案: 0008 一种模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>15、,包括如下步骤: 0009 A、根据VSC-HVDC系统结构,建立模块化多电平风电变流器的数学模型; 0010 B、通过PI调节器处理直流电压给定值与模块化多电平风电变流器的直流电 压检测值V dc 的误差,获得有功电流给定值并将该有功电流给定值与直流电压检测值 V dc 的乘积作为有功功率给定值p * ,其中,无功功率给定值q * 在单位功率因数运行时为零; 0011 C、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流信号I u, v,w 以及其各子模块的输出电压v ju,v,w 、开关函数S ju,v,w 通过虚拟磁链计算模块进行处理,获 得有功功率实际值p、无功功率实际值q。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>16、以及磁链矢量的空间位置角 s ; 0012 D、将步骤B中的有功功率给定值p * 和无功功率给定值q * ,以及步骤C中的有功功 率实际值p和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制器输出的两相旋 转坐标系下的电压参考信号u rd 和u rq ; 0013 E、将步骤C中的磁链矢量的空间位置角 s 与步骤D中的电压参考信号u rd 和u rq 通过三相/两相旋转坐标变换模块处理,获得三相电压参考信号u ref 、v ref 及w ref ; 0014 F、将步骤E中的三相电压参考信号u ref 、v ref 及w ref 与MMC电容电压平均 值控制模块输出的控制量u ave 、v。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>17、 ave 及w ave 进行叠加处理,获得模块化多电平风电变流器的三 相电压控制信号u ref 、v ref 及w ref ; 0015 G、将步骤F中的三相电压控制信号u ref 、v ref 及w ref 与模块化多电平风电变流器上 下桥臂电流、其各子模块的电容电压i nu,v,w 、i pu,v,w 、u ju,v,w 通过MMC触发脉冲生成模块处理, 获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。 0016 特别地,所述模块化多电平风电变流器中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体 管(IGBT)的MCC结构。 0017 特别地,所述模块化多电平风电变流器的直流侧采用电容稳压,其。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>18、交流侧设置有 电抗器。 0018 特别地,所述步骤A中模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(1)所示: 0019 0020 其中,有功功率实际值pu sd i sd ,无功功率实际值q-u sd i sq ,u sd 和u sq 、i sd 和i sq 、u rq 和u rq 分别表示d-q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压,L eq 表 示模块化多电平风电变流器的等效输入电感,它包括该变流器的交流侧电抗器的电感及其 桥臂的电感。 0021 特别地,所述步骤C具体包括: 0022 C1、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压u ra 、u rb 及u rc ,其 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>19、中,u ra 、u rb 及u rc 的计算过程相同,以u ra 为例,计算过程如公式(2)所示: 说 明 书CN 102882383 A 3/7页 7 0023 0024 其中,v ju 为所述变流器的输出电压,S ju 为对应开关函数; 0025 C2、虚拟磁链计算模块通过如下公式(3)、(4)计算模块计算-坐标系下虚拟 磁链矢量 s 、 s 及其空间位置角 s ; 0026 0027 0028 其中,i La 和i L 为-坐标系下交流电流的合成矢量; 0029 C3、虚拟磁链计算模块通过如下公式(5)、(6)计算模块化多电平风电变流器有功 功率实际值p和无功功率实际值q;其中,根据该变。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>20、流器交流侧电压关系u s u r +u L ,即交流 电网电压u s 等于变流器桥臂电压u r 与电抗器上电压u L 之和,则可得电网磁链 r 和该变流 器的磁链 s 的关系,如公式(5)所示; 0030 s L eq i L + r (5) 0031 0032 其中,i L 为交流电流的合成矢量,i s 和i s 为-坐标系中的交流电流。 0033 特别地,所述步骤D中功率解耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环 结构。 0034 特别地,所述步骤F中MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电 变流器的桥臂间电压,通过如下公式(7)、(8)获得控制量 0035 0036 00。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>21、37 其中,K p1u 、K i1u 、K p2u 、K i2u 分别为比例、积分放大倍数,i zu 、为换流实际值与控制 量,C arm 为变流器桥臂串联的等效电容,u ave 为所述电容电压的平均值。 说 明 书CN 102882383 A 4/7页 8 0038 本发明通过虚拟磁链计算有功、无功功率,实现对模块化多电平风电变流器的直 接功率控制,与VOC相比,本发明的无需设计电流内环且动态响应快;与LUT-DPC相比,本发 明无需网侧电压传感器,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。 附图说明 0039 图1为本发明实施例提供的海上风电VSC-HVDC系统结构图; 004。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>22、0 图2a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器拓扑结构图; 0041 图2b为本发明实施例提供的变流器中子模块结构图; 0042 图3a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法原理 图; 0043 图3b为本发明实施例提供的功率解耦控制模块原理图; 0044 图4a为本发明实施例提供的VSC-HVDC系统有功功率和无功功率响应曲线; 0045 图4b为本发明实施例提供的VSC-HVDC系统输出响应曲线; 0046 图4c为本发明实施例提供的电力系统出现故障时的系统输出响应曲线。 具体实施方式 0047 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和实施例对本。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>23、发明 作进一步说明。 0048 请参照图1所示,图1为本发明实施例提供的海上风电VSC-HVDC系统结构图。图 中,VSC1为风场侧变流器,VSC2为网侧变流器。C1、C2均为直流电容。T1为升压变压器, 将风场出口电压升高至所需数值后送入风场侧变流器。T2为隔离变压器,网侧变流器通过 该隔离变压器接入电网,发挥隔离和电压匹配的作用。其中,风场侧变流器和网侧变流器均 为模块化多电平风电变流器,其中的功率器件采用基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的MCC 结构。传输功率P DC 的传输方向为由风场侧输送至网侧。需要说明的是,在所述变流器的交 流侧还设置有进线电抗器,起到平波和直流侧电容电压泵升的。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>24、作用。 0049 如图2a所示,图2a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器拓扑结构图。 以网侧变流器VSC2为例。由虚拟磁链概念,可将网侧电源看做一个虚拟交流电机,如图中 虚线框中的部分所示。其中,R 0 为所述虚拟交流电机的定子电阻,L 0 为所述虚拟交流电机的 电感,i a 、i b 和i c 为网侧电流,u rb 、u rb 及u rc 该变流器的交流侧电压,u ra 、u rb 及u rc 变流器的桥臂电压。模块化多电平风电变流器的子模块SMn(n为正整数)结构图,如图2b 所示。 0050 如图3a所示,图3a为本发明实施例提供的模块化多电平风电变流器的直接功率 控制方法原理图。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>25、。 0051 本实施例中以一台系统容量为40kVA,电压等级690V的基于模块化多电平风电变 流器的VSC-HVDC系统为例,该模块化多电平风电变流器的每个桥臂设置四个子模块,风场 侧变流器VSC1控制直流电压,网侧变流器VSC2控制有功功率。 0052 基于虚拟磁链的模块化多电平风电变流器的直接功率控制方法包括如下步骤: 0053 步骤S101、根据VSC-HVDC系统结构,建立模块化多电平风电变流器的数学模型。 0054 在该数学模型中,风场部分用同步发电机等效,网侧采用理想电压源,风场侧变压 说 明 书CN 102882383 A 5/7页 9 器为升压变压器,将风场出口电压升高至所需数。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>26、值后送入风场侧变流器。网侧变流器经隔 离变压器接入电网,这一侧变压器的作用为隔离和电压匹配。风场侧变流器和网侧变流器 的直流侧以长距离输电电缆连接,电缆模型采用型等效电路模拟。风场侧变流器和网侧 变流器交流侧三相电抗器采用三相电感模块模拟。 0055 模块化多电平风电变流器的数学模型如公式(1)所示: 0056 0057 其中,有功功率实际值pu sd i sd ,无功功率实际值q-u sd i sq ,u sd 和u sq 、i sd 和i sq 、u rq 和u rq 分别表示d-q坐标系下网侧电压、网侧电流及该变流器的交流侧电压,L eq 表 示模块化多电平风电变流器的等效输入电感,它包。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>27、括该变流器的交流侧电抗器的电感及其 桥臂的电感。 0058 步骤S102、通过PI调节器处理直流电压给定值与模块化多电平风电变流器的 直流电压检测值V dc 的误差,获得有功电流给定值并将该有功电流给定值与直流电压 检测值V dc 的乘积作为有功功率给定值p * ,其中,无功功率给定值q * 在单位功率因数运行时 为零。 0059 步骤S103、将电流传感器获得的模块化多电平风电变流器交流侧的三相交流电流 信号I u,v,w 以及其各子模块的输出电压v ju,v,w 、开关函数S ju,v,w 通过虚拟磁链计算模块进行 处理,获得有功功率实际值p、无功功率实际值q以及磁链矢量的空间位置角 s 。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>28、。 0060 所述虚拟磁链计算模块的基本概念是由虚拟电机引出的,其基本思想是将电网等 效为理想电压源,与变流器输入电抗合并,网侧电源可以看作一个虚拟的交流电机,认为网 侧电压是由虚拟磁链感应产生。虚拟磁链计算模块具体工作过程如下: 0061 步骤S1031、虚拟磁链计算模块计算模块化多电平风电变流器的桥臂电压u ra 、u rb 及u rc ,其中,u ra 、u rb 及u rc 的计算过程相同,以u ra 为例,计算过程如公式(2)所示: 0062 0063 其中,v ju 为所述变流器的输出电压,S ju 为对应开关函数。 0064 步骤S1032、虚拟磁链计算模块通过如下公式(3)、(。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>29、4)计算模块计算-坐标 系下虚拟磁链矢量 s 、 s 及其空间位置角 s ; 0065 0066 说 明 书CN 102882383 A 6/7页 10 0067 其中,i La 和i L 为-坐标系下交流电流的合成矢量。 0068 步骤S1033、虚拟磁链计算模块通过如下公式(5)、(6)计算模块化多电平风电 变流器有功功率实际值p和无功功率实际值q;其中,根据该变流器交流侧电压关系u s u r +u L ,即交流电网电压u s 等于变流器桥臂电压u r 与电抗器上电压u L 之和,则可得电网磁链 r 和该变流器的磁链 s 的关系,如公式(5)所示; 0069 s L eq i L + r。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>30、 (5) 0070 0071 其中,i L 为交流电流的合成矢量,i s 和i s 为-坐标系中的交流电流。 0072 由公式(6)知,系统的功率反馈可以由虚拟磁链计算得到,同时由公式(3)可知, 磁链计算过程中含有纯积分环节,其低通特性可提高系统抗干扰性能,但实际应用时积分 初值难以确定,影响系统性能,可采用二阶环节2 c /(s+ c ) 2 代替,其幅相频率特性与纯积 分环节相似, c 为系统角频率。由公式(4)可知坐标变换采用磁链定向从而省去了系统交 流电压传感器。 0073 步骤S104、将步骤S102中的有功功率给定值p * 和无功功率给定值q * ,以及步骤 S103中的有功功率。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>31、实际值p和无功功率实际值q通过功率解耦控制模块获得直接功率控制 器输出的两相旋转坐标系下的电压参考信号u rd 和u rq 。 0074 图3b为本发明实施例提供的功率解耦控制模块原理图。功率解耦控制模块和直 接功率控制器组成变流器功率控制环。由上述公式(1)可知d、q轴变量存在耦合,功率解 耦控制模块采用前馈解耦控制方法获得功率控制环结构。 0075 步骤S105、将步骤S103中的磁链矢量的空间位置角 s 与步骤S104中的电压 参考信号u rd 和u rq 通过三相/两相旋转坐标变换模块处理,获得三相电压参考信号u ref 、 v ref 及w ref 。 0076 步骤S106、将步骤。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>32、S105中的三相电压参考信号u ref 、v ref 及w ref 与MMC电 容电压平均值控制模块输出的控制量u ave 、v ave 及w ave 进行叠加处理,获得模块化多电平风电 变流器的三相电压控制信号u ref 、v ref 及w ref 。 0077 MMC电容电压平均值控制模块用于平衡模块化多电平风电变流器的桥臂间电压, 通过参考信号中叠加平衡分量的方法使各子模块电容电压跟踪其给定值。假定三相负载 对称,只考虑环流影响,MMC电容电压平均值控制模块通过如下公式(7)、(8)获得控制量 0078 0079 说 明 书CN 102882383 A 10 7/7页 11 0080 其。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>33、中,K p1u 、K i1u 、K p2u 、K i2u 分别为比例、积分放大倍数,i zu 、为换流实际值与控制 量,C arm 为变流器桥臂串联的等效电容,u ave 为所述电容电压的平均值。 0081 步骤S107、将步骤S106中的三相电压控制信号u ref 、v ref 及w ref 与模块化多电平风 电变流器上下桥臂电流、其各子模块的电容电压i nu,v,w 、i pu,v,w 、u ju,v,w 通过MMC触发脉冲生 成模块处理,获得控制所述模块化多电平风电变流器中功率器件的开关信号。 0082 如图4a所示,图4a为本发明实施例提供的VSC-HVDC系统有功功率和无功功率响 应。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>34、曲线。 0083 本实施例中无功功率给定为零,直流电容预充电至47kV(即1.35Uf,Uf为交流系 统的线电压有效值)。VSC-HVDC系统启动后,设置网侧有功功率给定值,在t=1s时由0.65p. u阶跃变化至0.95p.u,验证系统动态响应性能。 0084 如图4a所示,由于有功、无功数值差较大,采用标幺值输出(以相电压峰值 28.6kV,系统容量20MVA对计算过程进行标幺化),图中P、Q由电压、电流测量值计算得 到,P、Q是基于虚拟磁链算法利用公式(6)计算获得的,二者稳态值基本一致,表明本发明 中针对模块化多电平风电变流器所设计的功率估计方法具有较高的精度。 0085 如图4b所示。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>35、,图4b为本发明实施例提供的VSC-HVDC系统输出响应曲线。其中, 曲线Vdc1为本发明的直接功率控制算法系统输出直流电压,曲线Vdc2为双闭环矢量控制 算法系统输出直流电压,启动阶段动态性能Vdc1明显优于Vdc2,在风场侧输出功率阶跃变 化瞬间,直流电压仅有很小幅波动,两种算法控制性能相当,系统动态响应性能良好。 0086 电力系统经常出现暂态过渡过程,如三相短路、对地短路等,要求柔性直流输电系 统具有一定的抗干扰能力。设置t=1s时,网侧出现三相对地短路故障,0.12s后恢复正常, VSC-HVDC系统响应曲线如图4c所示,大约在故障恢复后0.6s跟踪给定。图4c中,曲线 Vdc1为本。</p> <p style='height:0px;padding:0;margin:0;overflow:hidden'>36、发明的直接功率控制算法系统输出直流电压,曲线Vdc2为双闭环矢量控制算法 系统输出直流电压,Vdc1的超调量小于Vdc2,暂态过程中本发明的性能优于双闭环矢量控 制。 0087 本发明的技术方案通过虚拟磁链计算有功、无功功率,无需电网电压传感器,无需 设计电流内环,不仅动态响应快,开关频率恒定,而且具有更好的稳态特性。 0088 上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理,任何熟悉本技术领域的技术人 员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围 内。 说 明 书CN 102882383 A 11 1/3页 12 图1 图3a 说 明 书 附 图CN 102882383 A 12 2/3页 13 图3b 图4a 说 明 书 附 图CN 102882383 A 13 3/3页 14 图4b 图4c 说 明 书 附 图CN 102882383 A 14 。</p> </div> <div class="readmore" onclick="showmore()" style="background-color:transparent; 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