静止无功发生器控制方法及装置与流程

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种静止无功发生器控制方法及装置。


背景技术：

2.随着风、光等新能源的快速发展，当今存在很多新能源大规模、远距离和集中外送的情况。制约送出能力的一个很重要的因素就是发生故障后，故障清除瞬间暂态过电压问题。
3.作为提高电压质量、降低系统网损和提高系统电压稳定水平的重要手段，静止无功发生器(static var generator，简称svg)无功补偿技术经过发展已广泛应用于输电系统，但是，目前svg的控制主要是考虑电力电子器件的过流能力，为了保证其安全性，让svg发挥电流源的特性；但是，对于电网来说，电流源的这种特性会助增故障清除瞬间的暂态电压，制约新能源送出能力。
4.因此需要提出一种svg控制方式，使svg可以发挥一定程度上的电压源特性，从而抑制暂态过电压。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本技术提出了一种静止无功发生器控制方法及装置，能够抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而能够提高电网的新能源送出能力。
6.为了解决上述技术问题，本技术提供以下技术方案：
7.第一方面，本技术提供一种静止无功发生器控制方法，包括：
8.获取目标电网的母线电压；
9.根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压；
10.根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流。
11.进一步地，所述的静止无功发生器控制方法，所述电压外环采用超前滞后有差调节，所述电流内环采用pi无差调节。
12.进一步地，所述一阶惯性环节模型为：
[0013][0014]
其中，u
gd1
表示d轴前馈电压，u
gd
表示d轴母线电压，u
gq1
表示q轴前馈电压，u
gq
表示q轴母线电压，s表示拉普拉斯算子，tr表示一阶惯性时间常数。
[0015]
进一步地，所述静止无功发生器控制方法，还包括：将所述桥式换流器输出电流发送至目标电网，以实现所述目标电网故障清除瞬间的暂态过电压的抑制。
[0016]
第二方面，本技术提供一种静止无功发生器控制装置，包括：
[0017]
获取模块，用于获取目标电网的母线电压；
[0018]
确定前馈电压模块，用于根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压；
[0019]
控制模块，用于根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流。
[0020]
进一步地，所述电压外环采用超前滞后有差调节，所述电流内环采用pi无差调节。
[0021]
进一步地，所述一阶惯性环节模型为：
[0022][0023]
其中，u
gd1
表示d轴前馈电压，u
gd
表示d轴母线电压，u
gq1
表示q轴前馈电压，u
gq
表示q轴母线电压，s表示拉普拉斯算子，tr表示一阶惯性时间常数。
[0024]
进一步地，所述静止无功发生器控制装置，还包括：
[0025]
发送模块，用于将所述桥式换流器输出电流发送至目标电网，以实现所述目标电网故障清除瞬间的暂态过电压的抑制。
[0026]
第三方面，本技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的静止无功发生器控制方法。
[0027]
第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现所述的静止无功发生器控制方法。
[0028]
由上述技术方案可知，本技术提供一种静止无功发生器控制方法及装置。其中，该方法包括：获取目标电网的母线电压；根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压；根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流，能够抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而能够提高电网的新能源送出能力；具体地，能够避免风电机组脱网事故，提高电网运行的可靠性；优化方式便捷简单，能够提高svg在电力系统中的应用场景的广泛性。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1是现有技术中的svg控制策略框图；
[0031]
图2是本技术实施例中的静止无功发生器控制方法的流程示意图；
[0032]
图3是本技术实施例中的优化后的svg控制策略框图；
[0033]
图4是本技术具体应用实例中的三种情况下svg安装母线电压的仿真比较曲线示意图；
[0034]
图5是本技术实施例中的静止无功发生器控制装置的结构示意图；
[0035]
图6为本技术实施例的电子设备的系统构成示意框图。
具体实施方式
[0036]
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0037]
svg是利用电压型桥式电路经过电感或直接接到电网中，通过调节svg交流侧输出电压幅值和相位控制svg输出的无功电流的大小，达到对电网动态无功补偿的目的。
[0038]
如图1所示，现有svg的控制策略，包括：电压外环和电流内环，在采用双环前馈解耦控制之后，可实现稳态的电流源特性；现有的静止无功发生器(svg)的控制策略，电流内环是一个理想的电流环，发挥的是单一的电流源特性，虽然响应速度很快，可以很快跟随电流的参考值，但在故障清除瞬间，由于电流源特性使得电流不会突变，所以会助增暂态过电压，从而制约了送出能力，使得svg在电力系统的应用受限。
[0039]
随着新能源大规模并入电网，新能源对电网安全稳定运行的影响日益显现。目前，风电机组大规模脱网事故时有发生，svg的电流源控制特性，是造成风电机组低电压穿越通过后高电压脱网的重要原因之一。基于此，本技术提出一种静止无功发生器控制方法及装置，引入一定程度上的电压源特性，从而达到抑制故障清除后暂态过电压的效果。
[0040]
具体通过下述各个实施例进行说明。
[0041]
为了抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力，本实施例提供一种执行主体是静止无功发生器控制装置的静止无功发生器控制方法，该静止无功发生器控制装置包括但不限于静止无功发生器，如图2所示，具体包含有如下内容：
[0042]
步骤100：获取目标电网的母线电压。
[0043]
步骤200：根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压。
[0044]
步骤300：根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流。
[0045]
具体地，可以将所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流发送至目标电网，以实现电网故障清除瞬间的暂态过电压的抑制；svg装置在三相静止坐标系下的数学模型为：
[0046][0047]
经过dq变换之后的数学模型为：
[0048][0049]
其中，u
ga
、u
gb
、u
gc
为三相电网电压瞬时值，l为输出连接电抗器滤波电感，r为svg装置的等效电阻，ua、ub、uc为svg装置的桥式换流器交流侧的输出相电压，i
ga
、i
gb
、i
gc
为svg装置桥式换流器输出相电流，由上式可知，存在dq轴耦合的现象，为了使d轴变量不受q轴变量影响，q轴变量不受d轴变量影响，引入前馈解耦的控制策略，本实施例的优化措施在于增设一个一阶惯性环节，即上述一阶惯性环节模型：
[0050][0051]
因此，调整电流内环之后可以得到svg的优化控制策略数学模型为：
[0052][0053]
将(4)式代入(2)式，可以实现解耦：
[0054][0055]
其中，l表示输出连接电抗器滤波电感；i
gd
表示svg桥式换流器的d轴输出电流；i
gq
表示svg桥式换流器的q轴输出电流；k
pd
表示d轴电流内环比例调节增益；k
pq
表示q轴电流内环比例调节增益；k
id
表示d轴电流内环积分调节增益；k
iq
表示q轴电流内环积分调节增益；i
gd_ref
表示电流内环的d轴电流参考值，i
gq_ref
表示电流内环的q轴电流参考值；r表示svg装置的等效电阻；u
gd1
表示d轴前馈电压，u
gd
表示d轴母线电压，u
gq1
表示q轴前馈电压，u
gq
表示q轴母线电压，s表示拉普拉斯算子。
[0056]
如图3所示，优化后的svg控制策略是在保留原来电压外环的基础上，对电流内环进行了适当的改进，为了使内环不再是一个单纯的电流环，在设备过流能力范围内，实现一定的短时电压源特性，从而抑制故障清除瞬间的暂态过电压，对其前馈电压增加一个一阶惯性环节。应用优化后的svg控制策略的过程可以相当于上述静止无功发生器控制的过程。
[0057]
所述电压外环可以采用超前滞后有差调节，所述电流内环采用pi无差调节。
[0058]
所述一阶惯性环节模型为：
[0059][0060]
其中，u
gd1
表示d轴前馈电压，u
gd
表示d轴母线电压，u
gq1
表示q轴前馈电压，u
gq
表示q轴母线电压，s表示拉普拉斯算子，tr表示一阶惯性时间常数。
[0061]
为了抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力，在本技术一个实施例中，在步骤300之后，还包括：
[0062]
将所述桥式换流器输出电流发送至目标电网，以实现所述目标电网故障清除瞬间的暂态过电压的抑制。
[0063]
所述电压外环和电流内环的参数基于外环变快和内环变慢的原则设置；在一种举例中，内外环参数，参数修改前后对暂态过电压的影响如下表1所示：
[0064]
表1
[0065] k1t1t2k
p
τ电压修改前10.020.20.10.011.17966修改后500.020.20.1101.17253
[0066]
其中，电压外环的参数包括：k1表示超前滞后环节的增益，t1表示超前时间，t2表示滞后时间，电流内环的参数包括：k
p
表示增益，s表示拉普拉斯算子，τ表示时间常数；由表1可以看出外环变快、内环变慢，能够实现对暂态过电压的抑制作用。
[0067]
为了验证本技术得到的优化后的svg控制策略在抑制暂态过电压方面的作用，本技术提供一种母线电压检测方法的具体应用实例，具体描述如下：
[0068]
首先在psasp平台上建立一个电网系统，35kv母线一端连着一个150mw的风厂，并且，风厂是通过690v/35kv变压器连到此母线，另一端母线出口通过35kv/220kv变压器经线路连到远端的平衡机，接着在用户自定义模型模块搭建svg机电暂态模型，选取35kv母线电压为研究对象，在此母线处接入svg机电暂态模型，该模型可以相当于上述静止无功发生器。
[0069]
可以通过调整潮流使正常运行状态下35kv母线电压为1p.u.，仿真工况为1s时系统线路发生三相接地故障，1.1s时清除，比较各个情况下故障清除瞬间35kv母线的暂态过电压值的大小，即可验证优化控制策略的效果。仿真结果如图4所示，横坐标表示时间，单位为秒，纵坐标表示母线电压，单位为p.u.；“不接入svg”对应的曲线表示不接入svg时的母线电压曲线，“优化前”对应的曲线表示接入优化前的svg的电压曲线，“优化后”对应的曲线表示接入优化后的svg的电压曲线。
[0070]
由仿真结果可知，三种曲线中按照故障清除瞬间暂态电压由高到低依次为：“优化前”》“不接入svg”》“优化后”，而且优化后的模型与之前相比，没有其他性能的恶化，充分验证了本方案提供的svg控制方式的可靠性以及实用性。
[0071]
从软件层面来说，为了抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力，本技术提供一种用于实现所述静止无功发生器控制方法中全部或部分内容的静止无功发生器控制装置的实施例，参见图5，该装置具体包含有如下内容：
[0072]
获取模块10，用于获取目标电网的母线电压。
[0073]
确定前馈电压模块20，用于根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压。
[0074]
控制模块30，用于根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流。
[0075]
在本技术一个实施例中，所述电压外环采用超前滞后有差调节，所述电流内环采用pi无差调节。
[0076]
在本技术一个实施例中，所述一阶惯性环节模型为：
[0077][0078]
其中，u
gd1
表示d轴前馈电压，u
gd
表示d轴母线电压，u
gq1
表示q轴前馈电压，u
gq
表示q轴母线电压，s表示拉普拉斯算子，tr表示一阶惯性时间常数。
[0079]
在本技术一个实施例中，所述的静止无功发生器控制装置，还包括：
[0080]
发送模块，用于将所述桥式换流器输出电流发送至目标电网，以实现所述目标电网故障清除瞬间的暂态过电压的抑制。
[0081]
本说明书提供的静止无功发生器控制装置的实施例具体可以用于执行上述静止无功发生器控制方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述静止无功发生器控制方法实施例的详细描述。
[0082]
由上述描述可知，本技术提供的静止无功发生器控制方法及装置，在原有电流内环前馈电压的基础上引入一个一阶惯性环节，使其具备一定的电压源特性，而不是单一的电流源特性，从而抑制了故障清除瞬间的暂态过电压，对svg在电力系统中的应用以及提升新能源的送出能力具有重要意义。
[0083]
从硬件层面来说，为了抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力，本技术提供一种用于实现所述静止无功发生器控制方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例所述电子设备具体包含有如下内容：
[0084]
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(communications interface)和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现所述静止无功发生器控制装置以及用户终端等相关设备之间的信息传输；该电子设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该电子设备可以参照实施例用于实现所述静止无功发生器控制方法的实施例及用于实现所述静止无功发生器控制装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
[0085]
图6为本技术实施例的电子设备9600的系统构成的示意框图。如图6所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图6是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现
电信功能或其他功能。
[0086]
在本技术一个或多个实施例中，静止无功发生器控制功能可以被集成到中央处理器9100中。其中，中央处理器9100可以被配置为进行如下控制：
[0087]
步骤100：获取目标电网的母线电压。
[0088]
步骤200：根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压。
[0089]
步骤300：根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流。
[0090]
从上述描述可知，本技术的实施例提供的电子设备，能够抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力。
[0091]
在另一个实施方式中，静止无功发生器控制装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将静止无功发生器控制装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现静止无功发生器控制功能。
[0092]
如图6所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图6中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图6中没有示出的部件，可以参考现有技术。
[0093]
如图6所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
[0094]
其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
[0095]
输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。
[0096]
该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
[0097]
存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
[0098]
通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
[0099]
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝
网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
[0100]
上述描述可知，本技术的实施例提供的电子设备，能够抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力。
[0101]
本技术的实施例还提供能够实现上述实施例中的静止无功发生器控制方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的静止无功发生器控制方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
[0102]
步骤100：获取目标电网的母线电压。
[0103]
步骤200：根据所述母线电压和预设的一阶惯性环节模型，得到前馈电压。
[0104]
步骤300：根据所述前馈电压进行基于静止无功发生器的电压外环和电流内环的双环前馈解耦控制，得到所述静止无功发生器的桥式换流器输出电流。
[0105]
从上述描述可知，本技术实施例提供的计算机可读存储介质，能够抑制电网故障清除瞬间的暂态过电压，进而提高电网的新能源送出能力。
[0106]
本技术中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0107]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0108]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0109]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0110]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0111]
本技术中应用了具体实施例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。