一种适用于三相串联VSC的通用控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于三相串联VSC的通用控制方法，该方法的核心是通过保证三个单相VSC的交流侧有功功率相等而实现三个串联的单相VSC直流侧电压平衡。本发明专利技术考虑换流器变压器的接线方式，可以利用交流故障下三种不同的电流控制方案来实现不同的控制目标，本发明专利技术使三相串联VSC具备了良好的交流故障穿越能力，实现了三相串联VSC的安全稳定运行，使其工业应用成为可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于三相串联VSC的通用控制方法，属于电力电子装置控制技 术领域。
技术介绍
电压源型换流器（VoltageSourceConverter,VSC)具有有功无功独立调节、可向 无源网络供电、潮流反转无需改变电压极性等优点，特别适合作为直流电网中的落点换流 器。 通用的三相串联电压源型换流器（VoltageSourceConverter,VSC)的拓扑结构 如图1所示，其将三个单相VSC在直流侧串联，每个单相VSC的交流端与一个单相变压器的 二次侧相连，三个单相变压器的一次侧采用角形连接。理论上，任意拓扑结构的单相VSC都 可以在直流侧串联组成三相串联VSC，不同拓扑结构的单相VSC对应不同的三相串联VSC， 图2-5为四种常见的不同拓扑结构的单相VSC。 三相串联VSC控制的难点在于如何实现其在交流故障下的安全稳定运行。正常工 作时，三个单相VSC在直流侧串联来承受整个直流电压，每个单相VSC承受三分之一的直流 电压，开关元器件也按照承受三分之一的直流电压整定。发生交流故障时，三个串联的单相 VSC必须保持各单相直流侧电压恒定，否则，开关元器件有被击穿的危险。 中国专利文献CN102170243A公开了一种基于负序电流的换流链平均直流电压的 控制方法，将三相换流链中任意两相的平均直流电压与所有链节的直流电压平均值相比较 得到两相换流链的平均直流电压偏差，经比例积分调节器得到对应相换流链的有功功率偏 差；有功功率偏差结合交流侧系统电压有效值经负序电流指令运算环节，得到三相换流链 的负序电流分量指令；经派克变换环节将三相负序电流分量指令变换为负序电流指令的 dq轴分量；然后通过负序电流解耦控制环节得到负序调制波电压的dq轴分量，随后进行派 克反变换得到三相负序调制波电压参考值，控制变流器输出构成闭环控制。但是，该专利存 在以下缺陷：（1)仅利用了负序电流；（2)仅能实现直流电压平衡；（3)仅适用于链式Η桥型 换流器。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种适用于三相串联VSC的通用控制方法； 本专利技术的核心是通过保证三个单相VSC的交流侧有功功率相等进而实现三个串 联的单相VSC直流侧电压平衡。 本专利技术利用了零序电流及负序电流；本专利技术除了实现直流链电压平衡，还可以实 现交流电流三项对称、或消除有功功率二次波动、或消除无功功率二次波动；本专利技术还可以 适用于半Η桥型换流器。 本专利技术的技术方案为： -种适用于三相串联VSC的通用控制方法，所述三相串联VSC包括：在直流侧串联 的三个单相VSC，每个单相VSC的交流端与一个单相变压器的二次侧相连，三个单相变压器 的一次侧采用角形连接，具体步骤包括： (1)分别求取三个单相变压器的二次侧电压和二次侧电流： 三个单相变压器的二次侧电压的求取公式分别为：⑴ (ID 、f、t CUD 式（I)_式（III)中，ua、ub、u。分别为三个单相变压器二次侧A、B、C相的交流电 压；u+为正序电压的幅值，U为负序电压的幅值，滅为正序电压的初始相角，柘为负序电压 的初始相角，Θ=wt，ω为电网电压的角频率，t为时间； 三个单相变压器的二次侧电流的求取公式分别为： 式（IV)-式（VI)中，ia、ib、ic分别为三个单相变压器二次侧A、B、C相的交流电 流；I为正序电流的幅值，I为负序电流的幅值，I°为零序电流的幅值，愁+为正序电流的初 始相角，巧为负序电流的初始相角，#为零序电流的初始相角； (2)交流电压不平衡时，换流器的瞬时有功功率和瞬时无功功率表示为： p (t) = uaia+ubib+uci c= P〇+Pc2cos(2ω t) +Ps2sin(2ω t) ( VII ) 式（VII)_式（VID)中，p(t)为三相串联VSC总的瞬时有功功率，q(t)为三相串 联VSC总的瞬时无功功率，P。为三相串联VSC瞬时有功功率的平均值，Q。为三相串联VSC 瞬时无功功率的平均值，Pd、Ps2*别为瞬时有功功率因交流电压不对称产生的二次波动， QmQd分别为瞬时无功功率因交流电压不对称产生的二次波动，uab=Ua-ub，ub(：=Ub-U。，!^ =uc-ua； 根据式（I)-式（W)推导三相串联VSC的各功率分量的表达式： 式（K)-式（XI)中，Pa、Pb、P。分别为三相串联VSC的A、B、C相的瞬时有功功 率平均值； (3)广义同步旋转坐标系下各正序、负序和零序分量为： 式（XVIII)中，<，<，?，《?7，!;-4，^均为直流量，|4为正序电压的(1 轴分量，％为正序电压的q轴分量，％为负序电压的d轴分量，％为负序电压的q轴分量， €为正序电流的d轴分量，€为正序电流的q轴分量，;ζ为负序电流的d轴分量，?为负序 电流的q轴分量，i；；为零序电流的d轴分量，< 为零序电流的q轴分量； 根据式（XVIII)、式（ΧΠ)和式（XIII)，推导出表达式（XIX)和式（XX): (XIX) (XX)根据式（XIX)和（XX)，各电压分量4，<已知的情况下，推导出表达式 (XXI)和式（XXII): CXXI) (XXII) 式（XXI)和式（XXII)中，/?为瞬时有功功率平均值的参考值，(Λ为瞬时无功功率 平均值的参考值，分别为的参考值； (4)由Pa=Ρ。/3、Pb=Ρ。/3和式（XVIII)推导得出相间功率平衡条件，即表达式 (XXIII)及式（XXIV): 本专利技术的核心是通过保证三个单相VSC的交流侧有功功率相等进而实现三个串 联的单相VSC直流侧电压平衡。 因为三个串联单相VSC流过同一直流电流，如果三个单相VSC的直流侧电压相等， 则每个单相VSC的直流功率也相同。忽略开关元器件的损耗，每个单相VSC输出的直流功 率平均值等于其交流侧的有功功率平均值。因此，为了维持单相VSC直流侧电压相等，只需 要保证三个单相VSC的交流侧有功功率平均值相同，即Pa=Pb=P。=P。/3。 根据式（XXIII)和（XXIV)，各电压分量〃X，wj，<已知的情况下，推导出表达式 (XXV)和式（XXVI):)式（XXV)和式（XXVI)中，彳分别为的参考值； (5)消除瞬时有功功率的二次波动，即1\2= 0、Ps2= 0,由式（XIV)和（XV)推导 出表达式（XXVII)及表达式（XXVIII): 根据式（XXVII)和（XXVIII)，各电压分量已知的情况下，推导出表 达式（XXIX)和式（XXX): (6)消除瞬时无功功率的二次波动，即〇。2= 0、Qs2= 0,由式（XVI)和（XVII)推 导出表达式（XXXI)及表达式（XXXII): 根据式（XXXI)和（XXXII)，各电压分量已知的情况下，推导出表达 式（XXXIII)和式（XXXIV): (7)根据具体的控制目标，确定并求取单相变压器二次侧电流分量： a、如需保证电网交流电流三相对称，单相变压器二次侧电流分量包括 ;式（XXI)、式（XXII)、式（XXV)和式（XXVI)组成方程组，同时?=〇，( =〇， 求解单相变压器二次侧电流分量?,?,d?当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于三相串联VSC的通用控制方法，所述三相串联VSC包括：在直流侧串联的三个单相VSC，每个单相VSC的交流端与一个单相变压器的二次侧相连，三个单相变压器的一次侧采用角形连接，其特征在于，具体步骤包括：(1)分别求取三个单相变压器的二次侧电压和二次侧电流：三个单相变压器的二次侧电压的求取公式分别为：式(Ⅰ)‑式(Ⅲ)中，ua、ub、uc分别为三个单相变压器二次侧A、B、C相的交流电压；U+为正序电压的幅值，U‑为负序电压的幅值，为正序电压的初始相角，为负序电压的初始相角，θ＝ωt，ω为电网电压的角频率，t为时间；三个单相变压器的二次侧电流的求取公式分别为：式(Ⅳ)‑式(Ⅵ)中，ia、ib、ic分别为三个单相变压器二次侧A、B、C相的交流电流；I+为正序电流的幅值，I‑为负序电流的幅值，I0为零序电流的幅值，为正序电流的初始相角，为负序电流的初始相角，为零序电流的初始相角；(2)交流电压不平衡时，换流器的瞬时有功功率和瞬时无功功率表示为：p(t)＝uaia+ubib+ucic＝P0+Pc2cos(2ωt)+Ps2sin(2ωt)   (Ⅶ)q(t)=13(uabic+ubcia+ucaib)=Q0+Qc2cos(2ωt)+Qs2sin(2ωt)---(VIII)]]>式(Ⅶ)‑式(Ⅷ)中，p(t)为三相串联VSC总的瞬时有功功率，q(t)为三相串联VSC总的瞬时无功功率，P0为三相串联VSC瞬时有功功率的平均值，Q0为三相串联VSC瞬时无功功率的平均值，Pc2、Ps2分别为瞬时有功功率因交流电压不对称产生的二次波动，Qc2、Qs2分别为瞬时无功功率因交流电压不对称产生的二次波动，uab＝ua‑ub，ubc＝ub‑uc，uca＝uc‑ua；根据式(Ⅰ)‑式(Ⅷ)推导三相串联VSC的各功率分量的表达式：式(Ⅸ)‑式(Ⅺ)中，Pa、Pb、Pc分别为三相串联VSC的A、B、C相的瞬时有功功率平均值；(3)广义同步旋转坐标系下各正序、负序和零序分量为：式(XVIII)中，均为直流量，为正序电压的d轴分量，为正序电压的q轴分量，为负序电压的d轴分量，为负序电压的q轴分量，为正序电流的d轴分量，为正序电流的q轴分量，为负序电流的d轴分量，为负序电流的q轴分量，为零序电流的d轴分量，为零序电流的q轴分量；根据式(XVIII)、式(Ⅻ)和式(XIII)，推导出表达式(XIX)和式(XX)：P0=32(ud+id++uq+iq++ud-id-+uq-iq-)---(XIX)]]>Q0=32(uq+id+-ud+iq++uq-id--ud-iq-)---(XX)]]>根据式(XIX)和(XX)，各电压分量已知的情况下，推导出表达式(XXI)和式(XXII)：P0*=32(ud+id+*+uq+iq+*+ud-id-*+uq-iq-*)---(XXI)]]>Q0*=32(uq+id+*-ud+xq+*+uq-Rd-*-ud-iq-*)---(XXII)]]>式(XXI)和式(XXII)中，为瞬时有功功率平均值的参考值，为瞬时无功功率平均值的参考值，分别为的参考值；(4)由Pa＝P0/3、Pb＝P0/3和式(XVIII)推导得出相间功率平衡条件，即表达式(XXIII)及式(XXIV)：ud-id+-uq-iq++ud+id--uq+iq-+(ud++ud-)id0+(uq+-uq-)iq0=0---(XXIII)]]>(-ud--3uq-)id++(uq--2ud-)iq+-(ud++3uq+)id-+(uq+-3ud+)iq-+(-ud++3uq+-ud-+3uq-)id0+(-uq+-3ud++uq-+3ud-)iq0=0---(XXIV)]]>根据式(XXIII)和(XXIV)，各电压分量已知的情况下，推导出表达式(XXV)和式(XXVI)：ud-id+*-uq-iq+*+ud+id-*-uq+iq-*+(ud++ud-)id0*+(uq+-uq-)iq0*=0---(XXV)]]>(-ud--3uq-)id+*+(uq--2ud-)iq+*-(ud++3uq+)id-*+(uq+-3ud+)iq-*+(-ud++3uq+-ud-+3uq-)id0*+(-uq+-3ud++uq-+3ud-)iq0*=0---(XXVI)]]>式(XXV)和式(XXVI)中，分别为的参考值；(5)消除瞬时有功功率的二次波动，即Pc2＝0、Ps2＝0，由式(XIV)和(XV)推导出表达式(XXVII)及表达式(XXVIII)：ud-id++uq-iq++ud+id-+uq+iq-=0---(XXVII)]]>uq-id+-ud-iq+-uq+id-+ud+iq-=0---(XXVIII)]]>根据式(XXVII)和(XXVIII)，各电压...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王春义，曹增功，梁甲文，高峰，郝全睿，曹相阳，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司聊城供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37