一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法與流程
2023-12-04 15:52:26 2
本發明屬於風力發電、電力電子技術領域，尤其是涉及一種一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法。
背景技術：
電網高電壓對機側變頻器的影響，與電網低電壓的影響原理類似，均是由於電機的感應作用，使得轉子感應電動勢升高，從而導致轉子過流等一系列反應。根據電科院關於高電壓穿越的徵求意見稿，變流器高電壓穿越標準：電網電壓低於1.1p.u.時可長期運行，介於1.1～1.15p.u.時可持續運行10s，介於1.15～1.2p.u.時可持續運行2s，介於1.2～1.25p.u.時可持續運行1s，介於1.25～1.3p.u.時可持續運行200ms。針對電網高電壓時變頻器機側的特性以及電科院的標準要求，需設計有效完善的高電壓穿越控制方法，保證機組不脫網並順利通過高電壓穿越。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明旨在提出一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法，通過快速轉子電流控制，有效抑制轉子過流，避免crowbar因轉子過流而開通，減小電磁轉矩的振蕩幅度。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法，當變頻器進入高電壓穿越後，給定電流不通過外環控制器輸出，由內環控制器直接給定，當退出高電壓穿越後，給定電流由外環控制器輸出。
進一步的，所述進入高電壓穿越的條件為
usp>1.18*un或
usp>1.05*un且δ＞5％；
退出高電壓穿越的條件為
usp<1.12*un且
usp<1.02*un或δ＜3％，
其中usp為電網正序電壓幅值，δ為不平衡度，un為電網額定電壓幅值。
進一步的，在高電壓穿越期間，所述由內環控制器直接給定的給定電流包括有功電流給定和無功電流給定，所述有功電流給定方法具體包括：
①高電壓穿越期間採用無功優先的控制方式，有功電流給定受到無功電流給定的限制，
式中irq_ref_1為轉子有功電流給定值，ir_max為轉子電流限幅值，ird_ref為轉子無功電流給定值。
②受到網側發出有功電流能力的限制，網側有功電流給定值限制為：
式中igd_ref為網側無功電流給定值，ig_max為網側電流限幅值，igq_limit為網側有功電流最大給定值；
折算到轉子側，則轉子有功電流給定值為：
式中ls、lm、k為電機參數，s為轉差率；
③受到機側控制能力的影響，尤其是不平衡電壓驟升時，由於負序電壓的影響，轉子電流負序分量較大，為了避免過流開通crowbar，需要限制有功電流的發出，當電壓驟升到1.25倍時，轉子不發出有功電流；當電壓驟升到1.15倍時，轉子有功電流保持高電壓穿越前的值；當電壓驟升為1.15～1.25倍時，按照線性插值給定轉子有功電流，設計的轉子有功電流給定值為：
式中u為當前測量電壓幅值，un為額定電壓幅值，irq0_ref為記錄的高電壓穿越零時刻的轉子有功電流給定值。
④受到高電壓穿越前轉子有功電流的限制，保證高電壓穿越期間發出的有功功率小於等於高電壓穿越前的有功功率，由於電壓升高，因此轉子有功電流給定需與電壓倍率反比降低，
綜合上述四個方面的邊界限制，高電壓穿越期間轉子有功電流給定按照下式計算：
irq-ref＝min(|irq-ref_1|,|irq_ref_2|,|irq_ref_3|,|irq_ref_4|)
irq_ref為最終的轉子有功電流給定值，min為求最小值運算。
進一步的,所述無功電流給定包括如下步驟，
定義機組發出的總無功電流為id，網側發出的無功電流為igd，定子發出的無功電流為isd，根據kcl定律，存在如下關係：
id＝igd+isd
轉子電流與定子電流的關係為：
進一步推導：
折算到轉子側，則轉子無功電流給定值為：
總無功電流id參照電科院標準，設定為電網電壓在1.1倍為發出無功電流的起點電壓，當電網電壓為1.3倍時，發出機組額定電流的無功電流，
則高電壓穿越期間轉子無功電流給定值為：
式中u為當前測量電壓幅值，un為電網額定電壓幅值，k為定轉子變比，in為機組額定電流，igd_ref為網側無功電流給定值，ωs為2*50*pi，lm和ls為電機參數。
相對於現有技術，本發明所述的一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法具有以下優勢：
(1)本發明通過快速轉子電流控制，有效抑制轉子過流，避免crowbar因轉子過流而開通，減小電磁轉矩的振蕩幅度；
(2)本發明能夠快速從電網吸收無功電流，幫助電網電壓恢復；
(3)高電壓穿越期間盡最大能力發出有功功率，抑制超速的同時，提升了機組發電量。
附圖說明
構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1為本發明實施例所述的一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法的控制框圖；
圖2a為本發明未使能高電壓穿越機側控制方法的1.3倍電網電壓平衡驟升時的三相轉子電流；
圖2b為本發明使能高電壓穿越機側控制方法的1.3倍電網電壓平衡驟升時的三相轉子電流；
圖2c為本發明未使能高電壓穿越機側控制方法的1.3倍電網電壓不平衡驟升時的三相轉子電流；
圖2d為本發明使能高電壓穿越機側控制方法的1.3倍電網電壓不平衡驟升時的三相轉子電流。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
本發明提供一種雙饋變頻器高電壓穿越機側控制方法，
如圖1所示雙饋變頻器的控制框圖，在正常的工作過程中，由外環控制輸出給定電流，包括idr*(無功電流給定)和iqr*(有功電流給定)，經過pi控制器輸出反饋電壓，當進入高電壓穿越時，由內環控制器直接給定irq_ref，當退出高電壓穿越後，給定電流由外環控制器輸出。具體過程如下：
首先判斷是否進入高電壓穿越狀態，
高電壓穿越進入退出條件為：
平衡電壓驟升時，電壓幅值較高，但無負序電壓；不平衡電壓驟升時，電壓幅值相對較低，但負序電壓很大。無論電壓幅值高還是負序電壓大，均會使得轉子感應電動勢升高，影響機側控制，嚴重時會出現轉子過流。高電壓穿越標誌的快速置位，機側控制的快速切入顯得至關重要。為了兼顧平衡電壓驟升和不平衡電壓驟升的影響，採用正序電壓結合不平衡度的方法，對高電壓穿越進入和退出進行判斷。
通過正負序分解計算出電網正序電壓幅值usp、負序電壓幅值usn，不平衡度δ。
進入高電壓穿越的條件有兩個：一是正序電壓大於一定值；二是不平衡度大於一定值，同時正序電壓超於額定電壓值。並考慮電網電壓幅值和不平衡度的正常運行範圍，且進入和退出條件須有一定的滯環。
高電壓穿越進入和退出條件如下：
進入高電壓穿越：usp＞1.18*un或usp＞1.05*un且δ＞5％；
退出高電壓穿越：usp＜1.12*un且usp＜1.02*un或δ＜3％。
un為電網額定電壓幅值。
高電壓穿越期間轉子有功電流的給定方法：
①高電壓穿越期間採用無功優先的控制方式，有功電流給定受到無功電流給定的限制，
式中irq_ref_1為轉子有功電流給定值，ir_max為轉子電流限幅值，ird_ref為轉子無功電流給定值。
②受到網側發出有功電流能力的限制，網側有功電流給定值限制為：
式中igd_ref為網側無功電流給定值，ig_max為網側電流限幅值，igq_limit為網側有功電流最大給定值。
折算到轉子側，則轉子有功電流給定值為：
式中ls、lm、k為電機參數，s為轉差率。
③受到機側控制能力的影響，尤其是不平衡電壓驟升時，由於負序電壓的影響，轉子電流負序分量較大，為了避免過流開通crowbar，需要限制有功電流的發出。當電壓驟升到1.25倍時，轉子不發出有功電流；當電壓驟升到1.15倍時，轉子有功電流保持高電壓穿越前的值；當電壓驟升為1.15～1.25倍時，按照線性插值給定轉子有功電流。
設計的轉子有功電流給定值為：
式中u為當前測量電壓幅值，un為額定電壓幅值，irq0_ref為記錄的高電壓穿越零時刻的轉子有功電流給定值。
④受到高電壓穿越前轉子有功電流的限制，保證高電壓穿越期間發出的有功功率小於等於高電壓穿越前的有功功率，由於電壓升高，因此轉子有功電流給定需與電壓倍率反比降低。
綜合上述四個方面的邊界限制，高電壓穿越期間轉子有功電流給定按照下式計算：
irq-ref＝min(|irq_ref_1|,|irq_ref_2|,|irq_ref_3|,|irq_ref_4|)
irq_ref為最終的轉子有功電流給定值，min為求最小值運算。
高電壓穿越期間轉子無功電流的給定方法：
定義機組發出的總無功電流為id，網側發出的無功電流為igd，定子發出的無功電流為isd，根據kcl定律，存在如下關係：
id＝igd+isd
轉子電流與定子電流的關係為：
進一步推導：
折算到轉子側，則轉子無功電流給定值為：
總無功電流id參照電科院標準，設定為電網電壓在1.1倍為發出無功電流的起點電壓，當電網電壓為1.3倍時，發出機組額定電流的無功電流，
則高電壓穿越期間轉子無功電流給定值為：
式中u為當前測量電壓幅值，un為電網額定電壓幅值，k為定轉子變比，in為機組額定電流，igd_ref為網側無功電流給定值，ωs為2*50*pi，lm和ls為電機參數。
當進入高電壓穿越，即檢測到高電壓穿越標誌位後，根據上述的轉子無功電流給定原則，無功電流給定值由當前值階躍到上述中計算的轉子無功電流給定值。等效於機側通過快速發出無功電流，增大電機轉子漏感上的壓降，轉子逆變器的過調製被快速抑制，同時也降低了電壓驟升時帶來的電機轉子電壓驟升幅度，進而抑制轉子過流，避免了crowbar的導通。
針對1.3倍電網電壓平衡驟升工況，仿真驗證本發明所提的高穿機側控制方法的效果，如附圖2a和附圖2b所示為三相轉子電流。如附圖2a，未施加高穿機側控制方法時，電壓驟升瞬間轉子電流最大可到1500a，crowbar可能因轉子過流觸發開通；如附圖2b，施加高穿機側控制方法時，電壓驟升瞬間轉子電流被很好的抑制到安全範圍內。
針對1.3倍電網電壓不平衡驟升工況，仿真驗證本發明所提的高穿機側控制方法的效果，如附圖2c和附圖2d所示為三相轉子電流。如附圖2c，未施加高穿機側控制方法時，電壓驟升瞬間轉子電流最大可到1400a，crowbar可能因轉子過流觸發開通；如附圖2d，施加高穿機側控制方法時，電壓驟升瞬間轉子電流被很好的抑制到安全範圍內。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。