CN105914773A - 一种确定不对称交流电压下换流器交流侧功率极限的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种确定不对称交流电压下换流器交流侧功率极限的方法，该方法为首先获取正、负序电压幅值及其初相角的信息，确定电流最大相并求得极限功率相位系数k，用该系数k、I_z及交流正负序电压幅值信息，求取换流器交流侧功率极限值。本发明为换流站提供功率运行上限，当换流器运行在交流电压不对称条件下，控制***将传输功率降到极限以下，可以避免现有换流器不平衡控制中因功率指令超限而导致换流器交流侧功率波动无法消除的问题。

Description

一种确定不对称交流电压下换流器交流侧功率极限的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定不对称交流电压条件下换流器交流侧功率极限的方法。

背景技术

在柔性高压直流输电、柔性直流配电网、交直流微网及其他需要交直流变换装置的场合，电压源换流器在其中起着重要作用，它具有独立调控交流侧有功功率与无功功率的能力，同时能够通过一定的控制方式具备直流电压支撑与交流谐波治理的功能。因单相接地短路、相间短路等故障或其他不正常运行会导致换流器交流侧电压出现不对称。由于负序电压、电流的存在，常规控制下的换流器交流侧的有功功率将会产生波动。

当电压不对称时，现有一种基于正负序分离的换流器双环控制方法，该方法采用功率外环和电流内环的控制结构，其外环控制根据功率波动表达式和不对称电压情况，实时计算无波动电流指令，作为内环电流控制的输入，从而消除交流侧有功功率波动。

现在还有一种基于反馈线性化电流解耦器的负序电压前馈的换流器不平衡控制方法，抑制了负序电流，简化了控制***结构。

然而，上述方法均是在不考虑换流器过流能力的前提下有效。当交流电压中的负序分量较大时，为了消除有功二倍频波动，上述控制方法下的换流器交流电流将超过限制。因此，在不对称条件下，换流器交流侧的有功功率存在极限值。已有方法均未对该极限进行考虑，需要根据交流电压不对称情况进行确定。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定不对称交流电压下换流器交流侧功率极限的方法。当换流器工作在交流侧电压不对称时，本发明利用正序电压、负序电压的初相角确定受不对称电压影响的最大相，并求出该相的相位系数。利用相位系数、正负序电压幅值以及换流器过流能力确定该不对称电压条件下的换流器功率极限。确定换流器交流侧功率极限之后，可以通知换流器控制***，将换流器的传输功率调整到极限功率以下，从而消除交流侧有功功率波动，减少交流***的功率振荡，保护交流***设备。

为实现上述发明的目的，本发明所采用的技术方案是：对于交流侧最大电流为I_z的换流器，当其工作在三相电压不对称时，首先获取正、负序电压幅值及其初相角的信息，确定电流最大相并求得极限功率相位系数k，用该系数k、I_z及交流正负序电压幅值信息，求取换流器交流侧功率极限值。具体过程如下：

通过测量环节采集换流器交流侧三相电压u_sa，u_sb，u_sc，根据三相电压通过数字滤波获取基波正序电压幅值基波负序电压幅值基波正负序电压初相角之和由下式求得极限功率相位系数k：

进一步得到交流最大电流为I_z的换流器的交流功率极限P_0max：

$P_{0\max }=\frac{3I_z(U_m^{+2}-U_m^{-2})}{2\sqrt{U_m^{+2}+U_m^{-2}+2U_m^{+}{U}_m^{-}\·k}}$

与现有技术相比，本发明所述确定不对称电压下换流器交流侧功率极限的方法，其优点在于：综合利用了交流不对称电压的正序电压、负序电压的的幅值及其相角信息及换流器的过流能力来确定换流器的交流侧功率极限。当换流器运行在交流电压不对称条件下，本发明为换流站提供功率运行上限，控制***将传输功率降到极限以下，可以避免现有换流器不平衡控制中因功率指令超限而导致换流器交流侧功率波动无法消除的问题，尤其是对相间短路等负序电压幅值较大的情况，该情况下，功率极限较小，需要控制器根据该功率极限大幅度下调换流器传输功率。

附图说明

图1是本发明方法的实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

图1所示为一个柔性直流换流站接入交、直流***的简化模型，本发明方法在智能测控装置1中进行计算。智能测控装置1的模拟量采集模块通过交流电压互感器2连接换流器交流电源侧，其通信模块连接VSC控制***3的通信模块。

智能测控装置1通过人机界面获取换流器交流侧过流能力I_z，通过模拟量采集回路测量交流不对称电压信息u_sa，u_sb，u_sc，随后中央处理单元通过数字滤波获取基波正序电压幅值基波负序电压幅值基波正负序电压初相角之和根据下式求得极限功率相位系数k：

进一步得到交流最大电流为I_z的换流器的交流功率极限P_0max：

$P_{0\max }=\frac{3I_z(U_m^{+2}-U_m^{-2})}{2\sqrt{U_m^{+2}+U_m^{-2}+2U_m^{+}{U}_m^{-}\·k}}$

智能测控装置1将运算得到的交流功率极限P_0max通过通信模块传输到换流器控制***中。换流器控制***的通信***接收到功率极限信息，将实时调整控制器功率外环指令值，继而通过内环产生出发脉冲信号，触发换流器开关的导通与关闭。

本发明所述确定不对称电压下换流器交流侧功率极限的方法，可以用于所有采用电压源换流器的交直流变换场合的控制***中，并且对于任意一种电压不对称情况，都能根据其电压信息快速确定交流侧功率极限，为换流站提供功率指令上限，提高其故障下的运行能力。此外，本发明可以避免现有换流器不平衡控制中因功率指令超限而导致换流器交流侧功率波动无法消除的问题，尤其是对相间短路等负序电压幅值较大的情况，该情况下，功率极限计算的值较小，需要控制器根据该功率极限大幅度下调换流器传输功率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种确定不对称交流电压下换流器交流侧功率极限的方法，其特征在于，对于交流侧最大电流为I_z的换流器，当其工作在三相电压不对称时，首先获取正、负序电压幅值及其初相角，确定电流最大相并求得极限功率相位系数k，用该系数k、I_z及交流正负序电压幅值，求取换流器交流侧功率极限值，具体过程如下：

通过测量环节采集换流器交流侧三相电压u_sa，u_sb，u_sc，根据三相电压通过数字滤波获取基波正序电压幅值基波负序电压幅值基波正负序电压初相角之和由下式求得极限功率相位系数k：

进一步得到交流最大电流为I_z的换流器的交流功率极限P_0max：

$P_{0\max }=\frac{3I_z(U_m^{+2}-U_m^{-2})}{2\sqrt{U_m^{+2}+U_m^{-2}+2U_m^{+}{U}_m^{-}\·k}}.$