变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法及系统与流程

1.本发明涉及可再生能源发电控制领域，尤指一种变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法及系统。


背景技术：

2.现代电力系统正朝着清洁低碳、安全高效、灵活智能的方向发展，其中作为煤电的有效替代，可再生能源发电装备正稳步发展。常见的可再生能源，如直驱风机、双馈风机和光伏装置等均通过变流器并入电网。在电网薄弱的情况下，变流器容易与电网发生相互作用，引发宽频带振荡问题，锁相环引入的负阻尼是造成振荡的主要原因之一。国内外学者围绕变流器阻抗塑形开展研究，以抑制宽频带振荡；目前的研究中，往往通过增大变流器自身裕度来适应不同的网络环境，振荡抑制能力有限。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法及系统，有效缓解由于锁相环造成的变流器负阻尼特性，可以很好的抑制由于变流器与弱电网耦合引起的宽频带振荡。
4.为达上述目的，本发明所提供的一种变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法，应用于三相变流器并网系统，所述方法包含：于变流器并网点注入abc坐标系下的三相扰动电压，采集经过滤波环节后的abc坐标系下的三相输出扰动电流；将扰动电压转换至系统dq坐标系下并通过锁相环计算系统相位偏差值，并根据相位偏差值将三相输出扰动电流转换至控制dq坐标系；扰动电压经过补偿控制系数反馈得到电流环参考值补偿量，并与反馈的扰动电流和原电流环参考值共同经过电流环作用得到控制dq坐标系下的占空比扰动分量；根据所述相位偏差值将控制dq坐标系下占空比扰动分量转换至系统dq坐标系下，结合扰动电压经过pwm调制控制和变流器滤波环节控制变流器运行。
5.在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，采集经过滤波环节后的abc坐标系下三相输出扰动电流包含：
6.滤波环节的传递函数通过以下公式计算：
[0007][0008]
在上式中，k为滤波环节的传递函数，ωn为信号调制滤波器自然频率，ζ为信号调制滤波器阻尼系数，s为传递函数中的复变量。
[0009]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，将扰动电压转换至系统dq坐标系包含：
[0010]
通过以下公式将所述abc坐标系下三相扰动电压转换为系统dq坐标系下的扰动电压包含：
[0011][0012]
在上式中，δua、δub和δuc为三相扰动电压，和为转换至系统dq坐标系下的扰动电压，θ为系统相位。
[0013]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，通过锁相环计算系统相位偏差值包含：
[0014]
通过以下公式计算获得当前的相位偏差值：
[0015][0016]
在上式中，k
ppll
和k
ipll
分别为锁相环比例和积分系数，u
ds
为并网点d轴稳态电压，为转换至系统dq坐标系下的扰动电压。
[0017]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，根据相位偏差值将三相输出扰动电流转换至控制dq坐标系包含：
[0018]
通过以下公式转换：
[0019][0020][0021]
在上式中，和分别为并网点d轴和q轴稳态电流，δia、δib和δic为abc坐标系下三相输出扰动电流，和为转换至控制dq坐标下的扰动电流，为系统dq坐标系下扰动电压与控制dq坐标系下扰动电流间的传递函数。
[0022]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，扰动电压经过补偿控制系数反馈得到电流环参考值补偿量包含：
[0023]
通过以下公式计算获得电流环参考值补偿量：
[0024][0025]
在上式中，g
com
为补偿控制系数，g
ci
为电流环控制环节，g
dei
为电流环解耦控制环节，为系统dq坐标系下扰动电压与控制dq坐标系下受扰动占空比间的传递函数。
[0026]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，与反馈的扰动电流和原电流环参考值共同经过电流环作用得到控制dq坐标系下的占空比扰动分量包含：
[0027]
所述电流环作用包括电流环pi控制和电流环解耦控制通过以下公式计算获得：
[0028][0029]
在上式中，k
pi
和k
ii
分别为电流环比例和积分系数，ω为系统工频，u
dc
分别变流器直流电压，l为变流器滤波电感，s为传递函数中的复变量，g
ci
为电流环控制环节，g
dei
为电流环解耦控制环节。
[0030]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，根据所述相位偏差值将控制dq坐标系下占空比扰动分量转换至系统dq坐标系下包含：
[0031]
通过以下公式将控制dq坐标系下的占空比扰动分量转换为系统dq坐标系下的占空比扰动分量：
[0032][0033]
在上式中，和分别为变流器稳态运行d轴和q轴占空比，和为控制dq坐标系下占空比扰动分量，和为系统dq坐标系下占空比扰动分量，为系统dq坐标系下扰动电压与控制dq坐标系下受扰动占空比间的传递函数，和为转换至系统dq坐标系下的扰动电压。
[0034]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，优选的，结合扰动电压经过pwm调制控制和变流器滤波环节控制变流器运行包含：
[0035]
系统dq坐标系下扰动电压和占空比扰动分量共同作用经过pwm调制控制和变流器滤波后计算获得系统dq坐标系下扰动电流，计算公式如下：
[0036][0037]
在上式中，r
l
为变流器滤波电阻，t
del
是近似的时延，z
out
为系统dq坐标系下扰动电压与受扰电流间的传递函数，g
id
为系统dq坐标系下受扰占空比与受扰电流间的传递函数。
[0038]
本发明还提供一种应用所述的变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法的三相变流器并网系统，所述系统包含变流器子系统和弱网子系统；
[0039]
所述变流器子系统包含变流器控制装置、变换器滤波装置和滤波寄生电阻；
[0040]
所述弱网子系统包含电网阻抗装置、负载装置和电网电压等效装置；
[0041]
所述负载装置设置于所述电网阻抗装置和所述变流器子系统之间。
[0042]
本发明还提供一种电子设备，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计算机程序时实现上述方法。
[0043]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
[0044]
本发明的有益技术效果在于：可有效缓解由于锁相环造成的变流器负阻尼特性，
可以很好的抑制由于变流器与弱电网耦合引起的宽频带振荡。可以在不同电网强度下选择性投切，无需增加附加阻尼装置，便于实时调节。解决由于变流器与弱电网耦合引起的宽频带振荡问题。
附图说明
[0045]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
[0046]
图1为本发明一实施例所提供的变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法的流程示意图；
[0047]
图2为本发明一实施例所提供的三相变流器并网系统的结构示意图；
[0048]
图3为本发明一实施例所提供的并网变流器小信号控制流程示意图；
[0049]
图4为本发明一实施例所提供的并网变流器导纳对比bode示意图；
[0050]
图5为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图；
具体实施方式
[0051]
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0052]
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0053]
变流器阻抗塑形往往通过增大变流器自身裕度以适应不同网络，调节范围非常有限。为此请参考图1所示，本发明所提供的变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法，应用于三相变流器并网系统，所述方法具体包含：
[0054]
s101于变流器并网点注入abc坐标系下的三相扰动电压，采集经过滤波环节后的abc坐标系下的三相输出扰动电流；
[0055]
s102将扰动电压转换至系统dq坐标系下并通过锁相环计算系统相位偏差值，并根据相位偏差值将三相输出扰动电流转换至控制dq坐标系；
[0056]
s103扰动电压经过补偿控制系数反馈得到电流环参考值补偿量，并与反馈的扰动电流和原电流环参考值共同经过电流环作用得到控制dq坐标系下的占空比扰动分量；
[0057]
s104根据所述相位偏差值将控制dq坐标系下占空比扰动分量转换至系统dq坐标系下，结合扰动电压经过pwm调制控制和变流器滤波环节控制变流器运行。
[0058]
本发明还提供一种应用所述的变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法的三相变流器并网系统，所述系统包含变流器子系统和弱网子系统；所述变流器子系统包含变流器装置、变换器滤波装置和滤波寄生电阻；所述变流器装置的输入端连接外部输入电流；所述变换器滤波装置的输入端与所述变流器装置的输出端相连；所述滤波寄生电阻的输入端与所述变换器滤波装置的输出端相连；所述弱网子系统包含电网阻抗装置、负载装置和电网电压调节装置；所述电网阻抗装置的输入端与所述滤波寄生电阻的输出端；所述负载装置
设置于所述电网阻抗装置和所述滤波寄生电阻之间；所述电网电压调节装置的输入端与所述电网阻抗装置的输出端相连。其中，所述三相变流器并网系统可参考图2所示，左侧为变流器子系统，右侧为弱电网子系统，当可再生能源通过变流器接入电网时，变流器的输入可以等效为直流源。l为变换器滤波装置，r
l
为滤波寄生电阻，zg为电网阻抗，z
l
为负载，ug为电网电压，u
dc
为直流电压。
[0059]
为便于更清楚的说明上述实施例在实际工作中的应用流程，请参考图3所示的并网变流器小信号控制流程所示，包含dq轴控制部分：在本发明一实施例中采集经过滤波环节后的abc坐标系下三相输出扰动电流包含：滤波环节的传递函数通过以下公式计算：
[0060][0061]
在上式中，k为滤波环节的传递函数，ωn为信号调制滤波器自然频率，ζ为信号调制滤波器阻尼系数，s为传递函数中的复变量；以此在变流器并网点注入三相扰动电压δu
abc
，采集三相输出扰动电流δi
abc
，采样滤波环节k的传递函数。
[0062]
其后，通过以下公式将所述abc坐标系下三相扰动电压转换为系统dq坐标系下的扰动电压包含：通过以下公式将所述三相扰动电压转换为系统坐标系下的三相扰动电压：
[0063][0064]
在上式中，δua、δub和δuc为三相扰动电压，和为转换至系统dq坐标系下的扰动电压，θ为系统相位。具体的，锁相环将所述三相扰动电压转换至系统dq坐标系
[0065]
在本发明一实施例中，通过锁相环计算系统相位偏差值包含：通过以下公式计算获得当前的相位偏差值：
[0066][0067]
在上式中，k
ppll
和k
ipll
分别为锁相环比例和积分系数，u
ds
为并网点d轴稳态电压，为转换至系统dq坐标系下的扰动电压。由此，锁相环进一步根据计算系统当前相位偏差δθ。
[0068]
在本发明一实施例中，根据相位偏差值将三相输出扰动电流转换至控制dq坐标系包含：通过以下公式转换三相输出扰动电流：
[0069]
[0070][0071]
在上式中，和分别为并网点d轴和q轴稳态电流，δia、δib和δic为abc坐标系下三相输出扰动电流，和为转换至控制dq坐标下的扰动电流，为系统dq坐标系下扰动电压与控制dq坐标系下扰动电流间的传递函数。具体的，根据相位θ将三相输出扰动电流δi
abc
转换至控制dq坐标系在另一实施例中，扰动电压经过补偿控制系数反馈得到电流环参考值补偿量包含：通过以下公式计算获得电流环参考值补偿量：
[0072][0073]
在上式中，g
com
为补偿控制系数，g
ci
为电流环控制环节，g
dei
为电流环解耦控制环节，为系统dq坐标系下扰动电压与控制dq坐标系下受扰动占空比间的传递函数。具体的，将电压乘以补偿控制系数g
com
(s)反馈至电流环参考值
[0074]
在上述变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法中，与反馈的扰动电流和原电流环参考值共同经过电流环作用得到控制dq坐标系下的占空比扰动分量包含：所述补充系数通过以下公式计算获得：
[0075][0076]
在上式中，k
pi
和k
ii
分别为电流环比例和积分系数，ω为系统工频，u
dc
分别变流器直流电压，l为变流器滤波电感，s为传递函数中的复变量，g
ci
为电流环控制环节，g
dei
为电流环解耦控制环节。具体的，电流经过电流环解耦控制g
ci
(s)和g
dei
(s)得到控制dq坐标系下的占空比扰动
[0077]
在本发明一实施例中，根据所述相位偏差值将控制dq坐标系下占空比扰动分量转换至系统dq坐标系下包含：通过以下公式将控制dq坐标系下的占空比扰动分量转换为系统dq坐标系下的占空比扰动分量：
[0078][0079]
在上式中，和分别为变流器稳态运行d轴和q轴占空比，和为控制dq坐标系下占空比扰动分量，和为系统dq坐标系下占空比扰动分量，为系统dq坐标系下扰动电压与控制dq坐标系下受扰动占空比间的传递函数，和为转换至系统dq坐标系下的扰动电压。实际工作中可根据锁相环得到的相位θ将占空比扰动分量由控制dq坐标系转换至系统dq坐标系
[0080]
在本发明一实施例中，结合扰动电压经过pwm调制控制和变流器滤波环节控制变流器运行包含：系统dq坐标系下扰动电压和占空比扰动分量共同作用经过pwm调制控制和
变流器滤波后计算获得系统dq坐标系下扰动电流，计算公式如下：
[0081][0082]
在上式中，r
l
为变流器滤波电阻，t
del
是近似的时延，z
out
为系统dq坐标系下扰动电压与受扰电流间的传递函数，g
id
为系统dq坐标系下受扰占空比与受扰电流间的传递函数。具体的，在实际工作中，系统dq坐标系下的电压扰动和占空比扰动共同作用经过pwm调制控制和变流器滤波g
id
和z
out
，得到系统dq坐标系下的采用g
del
一阶环节近似控制器和pwm的时延，其计算公式为：
[0083][0084]
请参考图4所示，并网变流器导纳对比bode过程中，补偿控制前，变流器导纳y
qq
在1-70hz之间均为负导纳，幅值较大为0db。相比于补偿控制前，补偿控制后变流器导纳y
qq
导纳呈现为感性，不易于弱电网耦合引发振荡。
[0085]
本发明还提供一种电子设备，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计算机程序时实现上述方法。
[0086]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
[0087]
本发明的有益技术效果在于：可有效缓解由于锁相环造成的变流器负阻尼特性，可以很好的抑制由于变流器与弱电网耦合引起的宽频带振荡。可以在不同电网强度下选择性投切，无需增加附加阻尼装置，便于实时调节。解决由于变流器与弱电网耦合引起的宽频带振荡问题。
[0088]
如图5所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图5中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图5中没有示出的部件，可以参考现有技术。
[0089]
如图5所示，中央处理器100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100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
[0090]
其中，存储器140，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100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
[0091]
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160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。
[0092]
该存储器140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140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
[0093]
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143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140的驱动程序存储部144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。
[0094]
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，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。
[0095]
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110，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)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130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130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
[0096]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
[0097]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0098]
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。
[0099]
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。
[0100]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。