CN114337223A - 零序电流抑制方法及装置、风电变流器、介质和机组 - Google Patents

零序电流抑制方法及装置、风电变流器、介质和机组 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种零序电流抑制方法及装置、风电变流器、介质和机组。风电变流器包括并联连接的N个变流线路，N是大于等于2的正整数，零序电流抑制方法包括：获取N个变流线路中的N‑1个变流线路的零序电流；同步N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制N个变流线路的零序电流的高频分量；利用N‑1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。根据本公开的实施例的零序电流抑制方法，可同时抑制风电变流器的零序电流的高频分量和低频分量。

Description

零序电流抑制方法及装置、风电变流器、介质和机组
技术领域
本发明总体说来涉及风电变流器领域，更具体地讲，涉及一种风电变流器的零序电流抑制方法、零序电流抑制装置、风电变流器、计算机可读存储介质和风力发电机组。
背景技术
风电变流器的变流柜或变流线路的并联能够增加***容量以及提高转换效率，提高***的稳定性和可靠性。
然而，由于并联的变流柜之间以及变流线路之间的硬件参数不能完全一致，导致风电变流器中的开关器件的动作不能完全同步，所以就会导致各个变流线路或变流柜的输出电压不一样，产生零序电压。另外，风电变流器中的各个模块的结构差异、采样、控制参数、光纤的延时等也会导致各个变流线路或变流柜的输出电压不一致。零序电压作用于风电变流器之间的等效电阻就会形成零序电流或零序环流。
零序环流会增加开关器件的损耗，降低***的效率，增加风电变流器故障停机的几率，严重时会摧毁整个***。
风电变流器的各个变流柜或各个变流线路并联连接，为零序环流提供了通路，目前的算法还没有能够有效抑制风电变流器的零序环流的措施。
以前，鉴于容量的限制，风电变流器的多个变流柜或变流线路并联的情况较少，随着风力发电机组的整机功率等级的不断增大，多个变流柜体并联的拓扑将成为一种应用趋势，而目前风电变流器的控制技术中无针对并联零序环流的抑制方案。
此外，对于采用增加电阻等使零序压差降低的方案，随着风电变流器的柜体或变流线路的增多，需要增加更多的电阻器件，同时会导致成本以及损耗的增加。
发明内容
本公开的目的之一在于提供一种能够抑制零序电流的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置。
本公开的目的之一在于提供一种能够同时抑制零序电流的高频分量和低频分量的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置。
根据本公开的第一方面，提供一种风电变流器的零序电流抑制方法，该风电变流器包括并联连接的N个变流线路，N是大于等于2的正整数，该零序电流抑制方法包括：获取N个变流线路中的N-1个变流线路的零序电流；同步N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制N个变流线路的零序电流的高频分量；利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
根据本公开的第二方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有指令或程序，当指令或程序由处理器执行时实现如上所述的零序电流抑制方法。
根据本公开的第三方面，提供一种风电变流器的零序电流抑制装置，该零序电流抑制装置包括：电流采样电压，获取N个变流线路中的N-1个变流线路的零序电流；载波同步单元，同步N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制N个变流线路的零序电流的高频分量；PI控制单元，利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
根据本公开的第四方面，提供一种风电变流器，该风电变流器包括如上所述的计算机可读存储介质或如上所述的零序电流抑制装置。
根据本公开的第五方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的风电变流器。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置可产生零序补偿电压，降低成本。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置可提高风电变流器的安全性。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1和图2是示出零序电流的环流路径的示意图；
图3是示出根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法的流程图；
图4是示出根据本公开的实施例的抑制零序电流的高频分量的控制框图；
图5是示出根据本公开的实施例的抑制零序电流的低频分量的控制框图；
图6是示出根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法的流程图；
图7是示出根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制装置的框图。
具体实施方式
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置可以适用于具有多个并联连接的变流线路或多个变流柜的风电变流器。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置抑制并联零序电流时，分别对零序电流的高频分量和低频分量的进行抑制，对于零序电流中的高频分量，通过载波同步的方式进行抑制，对于零序环流中的低频分量，通过PI调节的方式进行抑制。
PI调节器输出的零序电压注入到相关控制器中，实现对零序电流的低频分量的抑制，从而将并联零序电流的幅值降低到可承受的范围内。
下面将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图1和图2是示出零序电流的环流路径的示意图。
根据本公开的实施例的风电变流器可包括多个变流柜，每个变流柜中可包括一个变流线路，然而，本公开不限于此，每个变流柜也可具有多个变流线路。多个变流柜或多个变流线路可彼此并联连接。
如图1和图2所示，作为示例，风电变流器可包括第一变流柜21、第二变流柜22和第三变流柜23，第一变流柜21、第二变流柜22和第三变流柜23可位于发电机侧10与电网侧30之间，第一变流柜21、第二变流柜22和第三变流柜23中的每个可具有一个变流线路。
虽然图1和图2示出风电变流器具有三个变流柜，但本公开不限于此，风电变流器可具有两个变流柜，四个变流柜或更多个变流柜，每个变流柜可具有一个变流线路。
每个变流线路可包括整流器和逆变器，每个变流线路可包括一个变流器和一个逆变器，整流器和逆变器中的每个的开关元件可通过IGBT实现。
如图1和图2所示，第一变流柜21可包括第一整流器211和第一逆变器212，第二变流柜22可包括第二整流器221和第二逆变器222，第三变流柜23可包括第三整流器231和第三逆变器232。
第一变流柜21、第二变流柜22和第三变流柜23并联连接。
如图1所示，在第一变流柜21和第二变流柜22之间、第二变流柜22和第三变流柜23之间以及第一变流柜21和第三变流柜23之间产生零序电压的情况下，就会在每个变流线路中产生零序电流。零序电流或零序环流的路径可如图1所示，分别在第一变流柜21和第二变流柜22之间、第二变流柜22和第三变流柜23之间以及第一变流柜21和第三变流柜23之间产生的第一零序环流路径、第二零序环流路径和第三零序环流路径。
如图2所示，每个变流线路上的支撑电容采用共母线的方式连接。图2所示的零序环流路径比图1所示的零序环流路径多，但零序环流路径上的元件比图1所示的零序环流路径上的元件少，图2所示的零序环流的抑制和控制策略比图1所示的零序环流的抑制和控制策略更为复杂。
在本公开的实施例中，零序电流抑制方法和零序电流抑制装置尤其适用于非共母线的并联环流抑制(图1所示的零序环流抑制)。虽然没有示出，但每个整流器和每个逆变器均可具有相应的PWM控制器。
图3是示出根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法的流程图，图4是示出根据本公开的实施例的抑制零序电流的高频分量的控制框图，图5是示出根据本公开的实施例的抑制零序电流的低频分量的控制框图，图6是示出根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法的流程图。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法可包括步骤S310、S320和S330。
在步骤S310中，获取风电变流器所包括的并联连接的N个变流线路中的N-1个变流线路的零序电流，这里的N可以是2或更大的正整数，例如，N可以为3。当将N-1个变流线路的零序电流控制为0时，第N个变流线路的零序环流自然为0，因此，对于零序电流的低频分量的抑制，可以仅测量N-1个变流线路的零序电流进行控制。
作为示例，可分别获取N-1个变流线路中每个变流线路的整流器交流侧的三相电流，然后基于三相电流计算或确定相应变流线路的零序电流。
另外，N-1个变流线路的零序电流可分别利用相应变流线路的整流器的输入端电流计算得到，也可以分别利用相应变流线路的逆变器的输出端电流计算得到。N个变流线路中的每个变流线路上的直流母线可以彼此独立。
在步骤S320中，同步N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制N个变流线路的零序电流的高频分量。
例如，可同步3个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并且同步所有逆变器的PWM控制信号，以控制3个变流线路的零序电流的高频分量。
可以任意选取一个变流线路(例如，第i变流线路，i≤N)的整流器的PWM控制器以及该变流线路(第i变流线路)的逆变器的PWM控制器，然后将选取的整流器的PWM控制信号用时钟同步方式加载到其他N-1个整流器的PWM控制器，并且将选取的逆变器的PWM控制信号用时钟同步方式加载到其他N-1个逆变器的PWM控制器。
例如，可以选取第一整流器211的PWM控制器以及第一逆变器212的PWM控制器，然后将选取的第一整流器211的PWM控制器的PWM控制信号用时钟同步方式加载到第二整流器221的PWM控制器和第三整流器231的PWM控制器，并且将第一逆变器212的PWM控制控制器的PWM控制信号用时钟同步方式加载到第二逆变器222的PWM控制器和第三逆变器232的PWM控制器。
N个变流线路中整流器的PWM控制器可通过光纤组网通信，N个变流线路中逆变器的PWM控制器可通过光纤组网通信，也就是说，N个变流线路中的所有整流器的PWM控制器(例如，第一整流器PWM控制器至第N整流器PWM控制器)均利用光纤组网，同时，N个变流线路中的所有逆变器的PWM控制器(例如，第一逆变器PWM控制器至第N整流器PWM控制器)利用光纤组网。
在步骤S330中，利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
可将N-1个变流线路的每个零序电流分别与零序电流参考值(例如，0V)之间的差值输入到PI调节器，获得相应的控制电压分量，然后将相应的控制电压分量加载到相应的空间矢量脉宽调制(SVPWM)单元，以使相应的空间矢量脉宽调制单元响应于相应的控制电压分量输出用于控制相应变流线路上的逆变器的IGBT的控制信号，从而抑制相应变流线路上的零序电流的低频分量。
如图6所示，利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量的步骤可包括：步骤S610和步骤S620。
在步骤S610中，利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以获得N-1个变流线路中每个变流线路上的控制器的相应的电压控制分量。
在步骤S620中，基于所述电压控制分量控制相应变流线路上逆变器的PWM控制器，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
参照图5，可将第一变流线路的零序电流-i0_1与零序电流参考值(例如，0V)之间的差值(也就是，零序电流-i0_1)输入到PI调节器，PI调节器可输出控制电压分量V0，控制电压分量V0可以与其他的电压控制分量Uα_1、Uβ_1一起加载到空间矢量脉宽调制(SVPWM)单元，空间矢量脉宽调制单元可将PWM控制信号PWM1输出到第一变流线路上的逆变器的开关元件。PI调节器的比例环节的系数以及积分环节的系数可具有恒定值，并且均可以是经验值。
类似地，可将第二变流线路的零序电流-i0_2与零序电流参考值(例如，0V)之间的差值(也就是，零序电流-i0_2)输入到PI调节器，PI调节器可输出控制电压分量V0，控制电压分量V0可以与其他的电压控制分量Uα_2、Uβ_2一起加载到空间矢量脉宽调制(SVPWM)单元，空间矢量脉宽调制单元可将PWM控制信号PWM2输出到第二变流线路上的逆变器的开关元件。可将第N-1变流线路的零序电流-i0_n-1与零序电流参考值(例如，0V)之间的差值(也就是，零序电流-i0_n-1)输入到PI调节器，PI调节器可输出控制电压分量V0，控制电压分量V0可以与其他的电压控制分量Uα_n-1、Uβ_n-1一起加载到空间矢量脉宽调制(SVPWM)单元，空间矢量脉宽调制单元可将PWM控制信号PWM n-1输出到第N-1变流线路上的逆变器的开关元件。
需要说明的是，每个PI调节器的比例环节的系数以及积分环节的系数可具有恒定值，并且均可以是经验值。每个PI调节器输出的控制电压分量V0可不同。Uα_1……Uα_n-1、Uβ_1……Uβ_n-1均源自其他控制策略形成的控制电压，具体控制策略不受具体限制，该控制测量下的控制电压的数量也不受限制。
另外，当n＝2时，可分别获取第一变流线路中的整流器交流侧的三相电流，然后基于三相电流计算或确定第一变流线路的零序电流。
可同步第一变流线路和第二变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制这两个变流线路的零序电流的高频分量。
由于第一变流线路和第二变流线路中的零序电流相同，可以基于第一变流线路的零序电流控制第二变流线路的PWM控制器。
另外，步骤S310、步骤S320和步骤S330的顺序可不限于顺序执行，可先执行高频载波同步的步骤，再执行零序电流测量和低频零序电流抑制的步骤，也可以最后执行高频载波同步的步骤。
图7是示出根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制装置的框图。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制装置可包括：电流采样单元710、载波同步单元720和PI控制单元730。
电流采样单元710可获取N个变流线路中的N-1个变流线路的零序电流。电流采样单元710可位于每个变流线路的整流器输入端口，也可以位于每个变流线路的逆变器的输出端口。
电流采样单元710可包括位于变流线路的整流器的输入端口或逆变器的输出端口的多个传感器。
载波同步单元720可同步N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制N个变流线路的零序电流的高频分量。
载波同步单元720可包括用于同步各个整流器的PWM控制信号的PWM控制器，每个PWM控制器的信号可通过时钟信号进行同步，例如，可将某个PWM控制器的PWM控制信号通过时钟信号同步的方式加载到其他的PWM控制器，每个PWM控制器之间的通信可通过光纤实现。
PI控制单元730可利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
PI控制单元730可利用N-1个变流线路的每个零序电流分别与零序电流参考值(例如，0V)之间的差值输入到PI调节器，PI调节器可输出控制电压分量。
PI控制单元730输出的相应的控制电压分量可分别加载到相应的空间矢量脉宽调制(SVPWM)单元，以使相应的空间矢量脉宽调制单元响应于相应的控制电压分量输出用于控制相应的变流线路上的逆变器的IGBT的控制信号，从而抑制相应变流线路上的零序电流的低频分量。
例如，PI控制单元730可利用N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以获得N-1个变流线路中每个变流线路上的控制器的相应的电压控制分量，基于电压控制分量控制相应变流线路上的逆变器的PWM控制器，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
PI控制单元730可包括多个PI调节器，PI调节器的数量可以与逆变器的数量相对应。
应该理解，根据本公开的示例性实施例的风电变流器的零序电流抑制装置中的各个单元或模块可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员可根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、软件算法等来实现各个单元。
根据本公开的各个实施例，装置(例如模块或它们的功能)或方法可以通过存储在计算机可读存储介质中的程序或指令来实现。在该指令被处理器执行的情况下，处理器可以执行对应于该指令的功能或执行对应于该指令的方法。模块的至少一部分可以由处理器实现(例如，执行)。编程模块的至少一部分可以包括用于执行至少一个功能的模块、程序、例程、指令集和过程。在一个示例中，指令或软件包括由一个或更多个处理器或计算机直接执行的机器代码(诸如，由编译器产生的机器代码)。在另一示例中，指令或软件包括由一个或更多个处理器或计算机使用解释器执行的更高级代码。可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的相应描述使用任何编程语言来编写指令或软件。
本公开的模块或编程模块可以包括在省略一些部件或添加其它部件的情况下前述部件中的至少一个。所述模块、编程模块或者其它部件的操作可以顺序执行、并行执行、循环执行或试探执行。此外，一些操作可以以不同的顺序执行、可被省略或用其他操作进行扩展。
上述步骤的各个操作可被编写为软件程序或指令，因此，根据本公开的示例性实施例的零序电流抑制方法可经由软件实现，本公开的示例性实施例的计算机可读存储介质可存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述示例性实施例所述的风电变流器的零序电流抑制方法。
计算机可读存储介质的示例可包括诸如软盘和磁带的磁介质、光介质(包括光盘(CD)ROM和DVD ROM)、诸如软式光盘的磁光介质、设计用于存储和执行程序命令的诸如ROM、RAM的硬件装置以及闪速存储器。所述程序命令包括由计算机使用解释器可执行的语言代码以及由编译器产生的机器语言代码。上述的硬件装置可以通过用于执行本公开的各个实施例的操作的一个或更多个软件模块来实现。
根据本公开的实施例的风电变流器可包括如上所述的计算机可读存储介质或如上所述的零序电流抑制装置。
如上所述的计算机可读存储介质、零序电流抑制装置和/或风电变流器可以是风力发电机组的一部分。
根据本公开的示例性实施例的计算机可读存储介质和/或零序电流抑制装置可以是PWM控制器或控制***的一部分。
例如，根据本公开的示例性实施例，可提供一种风电变流器的控制器，该控制器可包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述示例性实施例的风电变流器的零序电流抑制方法。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置能够抑制零序电流的零序电流抑制方法。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置能够同时抑制零序电流的高频分量和低频分量的零序电流抑制方法。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置可产生零序补偿电压，降低成本。
根据本公开的实施例的风电变流器的零序电流抑制方法和零序电流抑制装置可提高风电变流器的安全性。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，例如，可以将不同实施例的技术特征进行组合。通过组合不同实施例中的技术特征得到的实施例，应视为本公开的一部分。

Claims (10)

1.一种风电变流器的零序电流抑制方法，其特征在于，所述风电变流器包括并联连接的N个变流线路，N是大于等于2的正整数，所述零序电流抑制方法包括：
获取N个变流线路中的N-1个变流线路的零序电流；
同步所述N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制所述N个变流线路的零序电流的高频分量；
利用所述N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
2.根据权利要求1所述的风电变流器的零序电流抑制方法，其特征在于，利用所述N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量的步骤包括：
利用所述N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以获得所述N-1个变流线路中每个变流线路上的控制器的相应的电压控制分量；
基于所述电压控制分量控制相应变流线路上逆变器的PWM控制器，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
3.根据权利要求1所述的风电变流器的零序电流抑制方法，其特征在于，所述N个变流线路中的每个变流线路上的直流母线彼此独立。
4.根据权利要求1所述的风电变流器的零序电流抑制方法，其特征在于，所述N-1个变流线路的零序电流分别利用相应变流线路整流器的输入端电流计算得到。
5.根据权利要求1所述的风电变流器的零序电流抑制方法，其特征在于，所述N个变流线路中整流器的PWM控制器通过光纤组网通信，所述N个变流线路中逆变器的PWM控制器通过光纤组网通信。
6.根据权利要求5所述的风电变流器的零序电流抑制方法，其特征在于，利用时钟信号同步方式，同步所述N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有指令或程序，当所述指令或程序由处理器执行时实现根据权利要求1至6中任一项所述的零序电流抑制方法。
8.一种风电变流器的零序电流抑制装置，其特征在于，包括：
电流采样电压，获取N个变流线路中的N-1个变流线路的零序电流；
载波同步单元，同步所述N个变流线路上的所有整流器的PWM控制信号，并同步所有逆变器的PWM控制信号，以抑制所述N个变流线路的零序电流的高频分量；
PI控制单元，利用所述N-1个变流线路的零序电流以及零序电流参考值执行PI调节，以抑制N个变流线路的零序电流的低频分量。
9.一种风电变流器，其特征在于，包括根据权利要求7所述的计算机可读存储介质或根据权利要求8所述的零序电流抑制装置。
10.一种风力发电机组，其特征在于，包括根据权利要求9所述的风电变流器。
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