[發(fā)明專利]用于控制功率變流器的方法和控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810209381.2
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108574299A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·塔基;S·沃爾頓
• 申請（專利權(quán)）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M1/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 李輝

本公開涉及控制連接到電網(wǎng)的功率變流器(17)以模擬同步發(fā)電機(jī)的方法，包括：確定關(guān)于設(shè)定點(diǎn)頻率(f_set)和電網(wǎng)實(shí)際頻率(f_act)的頻率控制誤差，基于頻率控制誤差確定到同步發(fā)電機(jī)慣性模型的輸入功率，慣性模型模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性，通過輸入功率調(diào)節(jié)慣性模型的旋轉(zhuǎn)頻率(f)，確定關(guān)于設(shè)定點(diǎn)電壓(U_set)和由功率變流器輸出實(shí)際電壓(U_act)的電壓控制誤差，基于電壓控制誤差確定同步發(fā)電機(jī)模型的勵磁機(jī)參數(shù)，通過勵磁機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)模型的輸出電壓(U)，基于同步發(fā)電機(jī)模型的定子虛擬阻抗調(diào)整旋轉(zhuǎn)頻率(f)或者從旋轉(zhuǎn)頻率獲得的相角(θ)、和輸出電壓(U)，以及基于調(diào)整的旋轉(zhuǎn)頻率或相角以及調(diào)整的輸出電壓(U')控制功率變流器。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及功率變流器。具體而言，本公開涉及控制連接到電網(wǎng)的功率變流器以模擬同步發(fā)電機(jī)的方法。

背景技術(shù)

功率變流器可以用作功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)。PCS可以用于將電能從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式，諸如在從交流到直流的情況下其執(zhí)行整流器動作，或者在從直流到交流的情況下其執(zhí)行逆變器動作。如果可以實(shí)現(xiàn)雙向流動，那么該P(yáng)CS通常被稱為變流器。

PCS可以是電流受控制或電壓受控制的。當(dāng)交流電流受控制時，變流器交流側(cè)上的電流被控制在特定設(shè)定點(diǎn)或接近特定設(shè)定點(diǎn)。由于交流電流類似于來自交流電流源的電流，所以交流電流受控制的PCS可以被稱為電流源逆變器(CSI)。類似地，當(dāng)交流電壓受控制時，變流器交流側(cè)上的電壓被控制在特定設(shè)定點(diǎn)或接近特定設(shè)定點(diǎn)。由于交流電壓類似于由交流電壓源產(chǎn)生的電壓，所以交流電壓受控制的PCS可以被稱為電壓源逆變器(VSI)。

VSI的一個用途是創(chuàng)建交流電氣網(wǎng)絡(luò)或交流電網(wǎng)。能量可以來自能量存儲裝置，諸如電池或飛輪或超級電容器，或者諸如發(fā)電機(jī)的能量產(chǎn)生裝置。由于能量存儲裝置可以被充電和放電并且VSI還是雙向的，所以來自能量存儲器/VSI組合的能量可以被負(fù)載使用，在這種情況下，能量存儲器和VSI充當(dāng)發(fā)電機(jī)，或者可以從某些其他發(fā)電裝置消耗能量，在這種情況下，能量存儲器和VSI充當(dāng)負(fù)載。這種產(chǎn)生和消耗能量的能力意味著存儲器/VSI組合可以創(chuàng)建電網(wǎng)并作為該電網(wǎng)上唯一的電網(wǎng)形成裝置來運(yùn)行(即單獨(dú)運(yùn)行)，或者用于穩(wěn)定由其他裝置所形成電網(wǎng)的頻率或電壓。

如果VSI具有固定的電壓和頻率設(shè)定點(diǎn)并且單獨(dú)運(yùn)行，那么不存在問題。但是，如果它與其他電壓剛性裝置(諸如其他VSI或同步發(fā)電機(jī))并行運(yùn)行，那么這些并行運(yùn)行的裝置會存在問題。

同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中的主導(dǎo)發(fā)電裝置。它包括兩部分：原動機(jī)和同步電機(jī)。原動機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其將諸如蒸汽或天然氣等某些形式的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能量。同步電機(jī)將該旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成交流電能。

同步發(fā)電機(jī)是柔性的，即它最初會對于其上負(fù)載的變化做出輕微反應(yīng)。這種柔性的行為針對有功負(fù)載變化和無功負(fù)載變化而發(fā)生。有功功率變化的示例是，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載增加時導(dǎo)致頻率的初始驟降。速度或頻率控制器或調(diào)速器感測到這種速度下降并通過增加原動機(jī)的功率輸出來響應(yīng)。這通常通過增加進(jìn)入原動機(jī)的燃油或蒸汽流來完成。隨著原動機(jī)功率輸出的增加，速度和頻率恢復(fù)到設(shè)定點(diǎn)。在無功功率負(fù)載變化的情況下，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)上的無功負(fù)載增加時，存在電壓的初始驟降。自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)感測到該電壓下降并通過增加到同步電機(jī)的激勵電流來響應(yīng)。這種激勵電流的增加可以經(jīng)由靜態(tài)或無刷勵磁系統(tǒng)。隨著勵磁的增加，同步電機(jī)的電壓輸出恢復(fù)到設(shè)定點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)的VSI不具有上述柔性，因此它可能非常剛性。

在標(biāo)準(zhǔn)的VSI與另一個電壓源裝置(如同步發(fā)電機(jī)、另一個VSI或正常電網(wǎng))并聯(lián)運(yùn)行時存在問題。這些問題在穩(wěn)態(tài)中和暫態(tài)期間都會發(fā)生。

并聯(lián)工作并具有相同頻率設(shè)定點(diǎn)的電壓源裝置(諸如同步發(fā)電機(jī)和VSI)不會固有地分配負(fù)載；需要單獨(dú)的分配算法。類似地，并聯(lián)運(yùn)行并具有相同電壓設(shè)定點(diǎn)的同步發(fā)電機(jī)和VSI不會固有地分配無功負(fù)載；需要單獨(dú)的無功分配算法。