[發明專利]一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法

在審

• 申請號: 202011246385.1
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112564087A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 范朕寧;蘇強;張慧穎;朱漢卿;劉揚;張麗娜;趙長偉;張新民;徐科
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，包括采用背靠背結構的柔性開關，所述柔性開關一側的變換器為整流側變換器，另外一側的變換器為逆變側變換器，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：靜止坐標系下控制模型建模法；

步驟2：柔性開關正常運行模式控制方法；

步驟3：故障處理模式控制方法；

3.1：逆變側故障；

3.2：整流側故障。

2.根據權利要求1所述的一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，其特征在于：所述步驟1中，包括步驟1.1柔性開關的典型結構α-β靜止坐標系下的數學模型；步驟1.2：根據瞬時無功功率理論，給出α-β靜止坐標系下的有功和無功功率公式；步驟1.3：用功率參考值替換實際功率，得到柔性開關在α-β靜止坐標系下的電流參考值的α分量和β分量。

3.根據權利要求2所述的一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，其特征在于：所述步驟1.1中，根據柔性開關的典型結構α-β靜止坐標系下的數學模型如式(1)和式(2)所示；

其中Lk和Rk分別為濾波電感和等效串聯電阻；iαk和iβk為電感電流的α分量和β分量；e_αk和e_βk為電網電壓的α分量和β分量；s_αk和s_βk為開關函數的α分量和β分量；u_dc為直流電壓；下標k＝1,2；

所述步驟1.2中，根據瞬時無功功率理論，給出α-β靜止坐標系下的有功和無功功率公式，如式(3)和式(4)所示。

用式(3)和式(4)計算有功和無功電流，如式(5)；

所述步驟1.3中，用功率參考值替換實際功率，進而得到柔性開關在α-β靜止坐標系下的電流參考值的α分量和β分量，如式(6)和式(7)所示；

其中P_kref和Q_kref為有功和無功功率參考值；式(6)和式(7)即為柔性開關靜止坐標系控制基本公式，柔性開關在正常狀態和故障狀態的控制方法均基于該基本公式。

4.根據權利要求2所述的一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，其特征在于：所述步驟2中包括，2.1整流側變換器的控制方法和2.2逆變側變換器的控制方法。

5.根據權利要求3所述的一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，其特征在于：

所述步驟2.1中，包括如下步驟：

2.11.將采集的直流電壓與直流電壓參考值相減得到電壓誤差信號；

2.12.電壓誤差信號進入PI調節器，運算得到直流電流，將直流電流與電壓參考值相乘得到有功功率參考值；

2.13.將有功功率參考值P_ref和無功功率參考值Q_ref、電網電壓的α分量和β分量送入公式(6)和(7)計算得到電流內環參考值的α分量和β分量；

2.14.電流內環參考值與電網電流靜止坐標系下的對應分量做差，得到的誤差信號為交流分量，采用比例諧振PR控制器得到調制信號以實現零穩態誤差跟蹤，最后經過正弦脈寬調制策略得到驅動脈沖；

所述步驟2.2中，包括如下步驟：采用控制有功和無功功率的PQ控制，包括如下步驟：

2.21.由上層調度系統處獲得系統有功和無功功率的參考值P_ref和Q_ref；

2.22.由電流測量設備處獲得電網電流的值，并計算電網電流在靜止坐標系下的α分量和β分量。

2.23.將利用有功和無功功率參考值代入公式(6)和(7)計算電流參考值的分量，并與相應的電網電流的分量做差，得到的誤差信號為交流分量；

2.24.采用比例諧振PR控制器得到調制信號以實現零穩態誤差跟蹤，最后經過正弦脈寬調制策略得到驅動脈沖。

6.根據權利要求2所述的一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，其特征在于：所述步驟3中根據故障類型可分為3.1逆變側故障和3.2整流側故障。

7.根據權利要求6所述的一種基于靜止坐標系的柔性開關并網和離網協調控制方法，其特征在于：所述3.1逆變側故障中，逆變側變換器將由PQ控制策略切換至恒壓恒頻控制，以維持交流母線電壓和頻率的穩定，為交流側母線上的負荷提供可靠供電，其控制方法包括如下步驟：

3.11.在電網正常時，控制開關S接入1，逆變側變換器工作在PQ控制模式；

3.12.逆變側電網發生故障后，孤島檢測后觸發開關S接入2，此時PQ控制切換至靜止坐標系下的恒壓恒頻控制；

3.13.恒壓恒頻控制中，將電壓外環參考值分別與實際負載端電壓相減得到電壓交流誤差信號，然后經過PR控制器得到電流內環參考值，再進行電流內環控制，最終生成驅動信號；

所述3.2整流側故障中，整流側和逆變側變換器的控制策略均需調整：逆變側變換器由PQ控制切換至直流母線電壓控制，以維持直流母線電壓的穩定；整流側變換器將由直流母線電壓控制切換至恒壓恒頻控制，以維持故障側交流母線電壓和頻率穩定，其控制方法包括如下步驟：

3.21.在電網正常情況下，整流和逆變側變換器控制開關S接入1；

3.22.當整流側電網故障后，經過孤島檢測后觸發控制開關S接入2；

3.23.逆變變換器的PQ控制切換至直流電壓與無功功率控制模式，以經過PI運算后的直流誤差和無功功率參考值計算內環電流參考值，并經過PR控制器后得到驅動脈沖；

3.24.整流側變換器同時由直流母線電壓控制切換至恒壓恒頻控制模式，將電壓外環參考值分別與實際負載端電壓相減得到電壓交流誤差信號，然后經過PR控制器得到電流內環參考值，再進行電流內環控制，最終生成驅動脈沖。