CN104505841B - 电网不对称短路故障的静止同步发电机无功支撑控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网不对称短路故障的静止同步发电机无功支撑控制方法，通过实时计算并网点电压不平衡度，动态输出负序无功电流，仅对发生短路故障的其中一相或两相进行无功支撑；通过采用指令电流限幅策略，可保证随着不对称度增大，以最大限度输出负序无功电流，实现最大程度的负序电流支撑控制。该控制策略可有效避免原有控制策略因注入三相对称无功电流引起的过补偿和过压问题，为不对称短路故障提供了新的解决思路。

Description

电网不对称短路故障的静止同步发电机无功支撑控制方法

技术领域

本发明涉及一种静止同步发电机在电网不对称短路故障下负序动态无功支撑控制策略，可实现仅对发生短路的一相或两相电压进行无功支撑。

背景技术

近年来，以高压大容量STATCOM与电池储能等成熟技术为基础，以先进的同步控制方式为核心，兼备传统同步发电机的惯性和同步/阻尼转矩特性及电压调节特性，可根据间歇式能源出力及负荷变化情况实时、快速调节公共并网点电压频率及幅值，进而改善其动态特性，增强并网点电网强度的静止同步发电机技术得到了快速发展，然而当电网发生不对称短路故障时，由于其仍根据并网点电压正序分量的大小注入三相对称无功电流，将导致未跌落相的电压过补偿而过压，同样危及电网的安全稳定运行，因此迫切需要研究电网不对称短路故障下的分相动态无功支撑控制技术。

本发明专利针对H桥级联链式结构静止同步发电机(如图1所示)，通过对控制策略的优化，可有效应对电网不对称短路故障下因输出三相对称动态无功支撑电流而引起的未跌落相电压过补偿导致的过压问题，为电网不对称短路提供新的解决方案，有利于电网在不对称故障下安全稳定运行。

目前，国外仅有ABB推出了静止同步发电机(SSG)产品，但其并不具备电网不对称短路故障下的负序动态无功支撑控制策略，国内静止同步发电机技术及其相关控制策略仍处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种静止同步发电机电网不对称短路故障下负序动态无功支撑控制策略，用以解决不对称短路故障下H桥级联链式结构静止同步发电机分相动态无功支撑技术难题，避免了因注入三相对称无功电流引起的过压问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

电网不对称短路故障的静止同步发电机无功支撑控制方法，步骤如下：1)进行正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流的解耦控制；2)实时计算并网点电压不平衡度，根据不平衡度求取不对称短路故障下负序动态支撑无功电流指令。

还包括步骤3)对指令电流进行限幅控制。

根据不平衡度，计算负序动态无功电流指令——额定电流，V_p——电网电压正序分量；V_n——电网电压负序分量。

本发明首先通过注入零序电压来消除不对称短路故障下，负序电压与正序无功电流造成的三相相间功率不平衡；其次，实时检测并网点电压不平衡度，根据不平衡度动态输出负序无功电流，进而实现仅对跌落相电压的动态无功支撑控制；最后，根据负序电流大小对正序电流进行限幅，确保不对称短路故障下最优无功支撑控制。本发明解决了电网不对称短路故障下H桥级联链式结构静止同步发电机分相动态无功支撑技术难题，避免了因注入三相对称无功电流引起的过压问题。

附图说明

图1是H桥级联链式结构静止同步发电机结构图；

图2是H桥级联静止同步发电机负序动态无功支撑控制策略结构图；

图3是正负序分离解耦网络；

图4是有功功率闭环控制框图；

图5是无功功率闭环控制框图；

图6是零序电压控制方案。

具体实施方式

设正常电网电压相电压峰值为V_T，跌落相电压峰值为n×V_T(0≤n≤1)，以V_T作为基准值进行标幺，则根据电网电压单相接地、两相接地及两相相间短路等不对称短路方式，可分别得到静止同步发电机在电网电压不对称短路故障下输出电压表达式。

单相接地短路故障：

根据对称分量法，当发生短路故障时，若并网点电压相位不发生变化，则可得到单相接地短路故障下静止同步发电机输出正序、负序、零序分量幅值为：

由此可得到单相接地故障时三相电压表达式如式1)所示：

式中：V_p——电网电压正序分量；V_n——电网电压负序分量；V₀——电网电压零序分量；v_abc——三相电网电压；n——电网电压跌落幅度。

两相对地短路故障：

根据对称分量法，当发生短路故障时，若并网点电压相位不发生变化，则可得到两相对地短路故障下静止同步发电机输出正序、负序、零序分量幅值为：

由此可得到两相对地短路时三相电压表达式如式2)所示：

式中：V_p——电网电压正序分量；V_n——电网电压负序分量；V₀——电网电压零序分量；v_abc——三相电网电压；n——电网电压跌落幅度。

两相相间短路故障：

根据对称分量法，当发生短路故障时，若并网点电压相位不发生变化，则可得到两相相间短路故障下静止同步发电机输出正序、负序、零序分量幅值为：

由此可得到两相相间短路时三相电压表达式如式3)所示：

式中：V_p——电网电压正序分量；V_n——电网电压负序分量；V₀——电网电压零序分量；v_abc——三相电网电压；n——电网电压跌落幅度。

据此，本发明在不对称短路故障下，负序动态无功支撑控制策略如下：

通过正负序分离控制策略实现正序、负序分量的解耦控制；

按式1)、式2)、式3)，根据正负序分离后电网电压正序、负序分量大小，实时计算不平衡度；

根据不平衡度，按式4)，通过闭环控制+指令电流前馈控制策略，实时输出负序动态无功电流，实现对跌落相电压的支撑。I_e为额定电流。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

H桥级联链式静止同步发电机在电网不对称短路故障下负序动态无功支撑控制策略控制结构框图如图2所示，整个***由正负序分离及锁相环控制、负序电流生成、负序指令电流限幅与指令前馈、零序电压控制、子模块均压控制等构成。

(1)正负序分离解耦网络及锁相环

当电网电压出现不平衡或不对称短路故障时，其电压同时包含正序、负序、零序分量，为此首先需要通过图3所示解耦网络对正、负序分量进行分离，在此基础上锁定正序基波分量相位。

(2)功率闭环控制

功率闭环控制通过接受上位机或远控端功率指令，实现对静止同步发电机有功功率、无功功率的精确控制。为加快***响应速度，采用功率前馈与闭环控制结合的方式实现，功率环调节器输出为有功电流、无功电流指令。根据瞬时功率理论，有功功率、无功功率反馈值分别为：

式中：P_f——瞬时有功反馈；Q_f——瞬时无功反馈；V_p——电网电压正序分量；I_pd——正序有功电流；I_pq——正序无功电流。

有功功率、无功功率闭环控制框图如图4、图5所示。

(3)负序电流指令生成及电流限幅

首先，实时检测三相电网电压，根据正负序分离解耦网络分别得到负序、正序电压分量，按式4)计算出负序动态无功电流指令；其次，按图3所示正负序分离网络对三相并网电流进行正负序分离，实现正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流的解耦控制；最后，在电网不对称短路故障下，为保证负序电流输出，实现对跌落相电压的动态支撑，需对正序电流指令进行限幅，具体策略如下：

根据正序有功、无功指令电流计算正序电流值，如式5)所示；

根据负序有功、无功指令电流计算负序电流值，如式6)所示；

限幅原则为正序、负序指令电流之和不超过静止同步发电机额定电流，且在电网不对称短路故障下，应以负序电流输出为优先，据此得到正序电流限幅值如式7)所示。

式中：——正序电流指令；——正序有功电流指令；——正序无功电流指令；——负序电流指令；——负序有功电流指令；——负序无功电流指令；I_e——额定电流。

(4)零序电压控制

零序电压控制方案保证相间均压，在电网不对称短路故障下，仍能保证H桥级联链式结构静止同步发电机三条链上直流电压的均衡，其控制结构框图如图6所示。首先，计算三条链各自的直流电压平均值，将其经过三相到两相变换后，通过PI调节器计算可得到零序电压相位及幅值信息，该值即为零序电压；其次，根据静止同步发电机输出有功、无功电流及零序电压控制器输出确定零序电压相位信息；最后将零序电压作为dq0→abc变换的0轴分量，经2r→3s变换后叠加到各个子模块即可。

按上述控制策略即可实现在电网不对称短路故障下仅对不平衡跌落相的电压进行动态无功支撑，有效避免了原有控制策略引起的过补偿过压问题。同时，由于采用了指令电流限幅策略，可保证随着不对称度增大，以最大限度输出负序无功电流，实现最大程度的负序电流支撑控制。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.电网不对称短路故障的静止同步发电机无功支撑控制方法，其特征在于，步骤如下：1)进行正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流的解耦控制；2)实时计算并网点电压不平衡度，根据不平衡度求取不对称短路故障下负序动态支撑无功电流指令；根据负序动态支撑无功电流指令实现静止同步发电机动态无功支撑；根据不平衡度，通过闭环控制+指令电流前馈控制策略，计算负序动态无功电流指令I_e——额定电流，V_p——电网电压正序分量；V_n——电网电压负序分量；

负序动态无功电流根据限幅；——负序电流指令；——负序有功电流指令；——负序无功电流指令；I_e——额定电流。