含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，该控制器由可控变压器，电压、电流传感器和测量与控制模块构成。该无功补偿的控制方法是利用可控变压器可迅速导通、关断的电力电子开关，控制可控变压器输出侧(副边)的导通与关断，同时增加四组双向功率管改变交叉相绕组导通方向，从而最大范围改变可控变压器输出电压的相位、幅值，通过比例积分控制器跟随设定电压及有功功率，实现有功功率和无功功率的实时调节，对风电场进行无功补偿。当风电场风速发生较大变化引起无功不足时，该方法可以快速提高PCC并网点电压，提供无功补偿，并且具有成本低廉、可靠性高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电并网
，具体是一种基于含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法。
技术介绍
近年来，随着风电等新能源的大量接入和不断渗透，大型电力网络的不断互连，电力系统日趋复杂，电网运行遇到了前所未有的机遇和挑战。电网运行的灵活性、潮流可控性以及电网稳定性显得日益重要，构建智能电网已成为电网发展的必然趋势。在一个结构日益复杂的电网中，能够动态控制线路潮流成为电力系统可靠性的重要保证。同时，由于电力系统投资的长周期和高成本，如何更好的利用现有设备显得非常重要。随着电力负荷的不断增加，电力供应缺口和人们对电力需求增长之间的矛盾不断增大，新能源发电的大量并网是未来电力供应的基本格局，也是智能电网的基本要求，如何提高现有电力系统对新能源的接纳能力以及如何保证接入后系统的可靠性与稳定性成为当今的热点话题。随着风电装机容量的不断增加，风力发电已经成为很多国家的重要发电方式。而风力发电由于对气象条件的依赖性高，和风资源的波动性大的特点，使得其输出电能波动性较大，常需增加无功补偿等设备平抑风功率及端电压波动，其对电力系统的影响也不容忽视，风电场必须解决风力发电并网系统的电压稳定性及风功率波动等问题。静止无功补偿器(SVC)能通过改变电抗来调节其输出无功功率，但该设备无法对有功功率进行调节；静止同步补偿器(STATCOM)通过开关器件的通断来调节输出无功功率，并且能在一定范围内提供有功功率，但是其控制复杂且成本较高；统一潮流控制器(United Power Flow Control,UPFC)、静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator,SSSC)和电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)能够较大范围的调节输出有功功率和无功功率，但是由于采用全功率型电力电子器件，控制复杂，成本高昂，限制了其应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，当风电场无功不足时，通过传感器测得风电场PCC并网点电压、电流，根据电网及风电场运行状态，利用可控变压器，通过快速的电力电子开关对变压器分接头输出电压幅值和相角进行动态控制，从而动态调节其输出的有功功率和无功功率，对风电场进行无功补偿，稳定风电场PCC并网点电压。本专利技术采用如下技术方案：一种基于含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，其特点在于该方法包括下列具体步骤：步骤①、测量与控制模块对控制进行初始化，接收上位机给定的电压给定值V0和有功功率的给定值P0；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压Vin的幅值为|Vin|，输出电压Vout的幅值为|Vout|，输出电流Iout的幅值为|Iout|，输出电压基波的初始幅值为V1out，远方电网电压V电网2的信息和输电线路电抗值L，远方电网电压V电网2的幅值为V2，相角为α；按下列公式计算实测的有功功率P： P = 1 2 V o u t I o u t c o s β ]]>根据有功功率P0，计算可控变压器的输出电压初始相角θ0 P 0 = V 2 V o u t ω 0 L s i n ( α - θ 0 ) ]]>按照风电场运行状况，进行无功功率补偿和有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出的有功功率和无功功率；步骤③、根据有功功率P0及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μS1：μS1＝P0-P，其中P为第一比较模块输入的有功功率值；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC1，计算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt，其中，kp1和ki1是第一PI控制模块的控制系数；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；步骤④、根据电压给定值V0及实测输出电压Vout，依据下式，计算可控变压器的输出电压幅值Vout1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μS2：μS2＝V0-Vout，其中Vout为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC2，计算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值Vout1， V o u t 1 = V o u t 1 + μ C 2 ]]>步骤⑤、通过公式计算得到调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得Voutref及可控变压器控制参数： V o 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤①、将可控变压器的副边与所述的远方电网相连，可控变压器的原边与风电场出口端相连，测量与控制模块初始化，接收上位机给定的电压给定值V0和有功功率的给定值P0；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压Vin的幅值为|Vin|，输出电压Vout的幅值为|Vout|，输出电流Iout的幅值为|Iout|，输出电压基波的初始幅值为V1out，远方电网电压V电网2的信息和输电线路电抗值L，远方电网电压V电网2的幅值为V2，相角为α；按下列公式计算实测有功功率P：P=12VoutIoutcosβ]]>根据给定的有功功率P0，计算可控变压器的输出电压初始相角θ0P0=V2Voutω0Lsin(α-θ0)]]>按照风电场运行状况，进行无功功率补偿和有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出的有功功率和无功功率；步骤③、根据有功功率P0及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μS1：μS1＝P0‑P，其中P为实测有功功率；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC1，计算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；其中，θ0为可控变压器电压相角设定初值；步骤④、根据电压给定值V0及实测输出电压Vout，计算可控变压器的输出电压幅值Vout1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μS2：μS2＝V0‑Vout，其中Vout为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC2，计算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值Vout1，Vout1=Vout1+μC2]]>步骤⑤、计算调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得输出电压参考值Voutref：Voutref=Vout1sin(ω0t-θ)=(Vin*[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)-N2]2+(3ND2-32N)2)*sin(ω0t-θ)]]>θ=arctan(3ND2-32N[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)])]]>设K1为双向功率管Sa1和Sa3开关信号，K2为双向功率管Sa2和Sa4开关信号，此控制信号有两种工作状态：(1)当电压相角θ取“+”时，K1＝1，K2＝0，双向功率管Sa1和Sa3导通，双向功率管Sa2和Sa4关断，两相绕组正向导通；(2)当电压相角θ取“‑”时，K1＝0，K2＝1，双向功率管Sa1和Sa3关断，双向功率管Sa2和Sa4导通，两相绕组反向导通；可得到绝缘栅双极型晶体管的脉宽调制信号中的第一功率单元占空比控制信号D1和第二功率单元占空比控制信号D2；步骤⑥、根据脉宽调制占空比D1和D2，向绝缘栅双极型晶体管脉宽调制信号控制绝缘栅双极型晶体管的导通；步骤⑦重复步骤②至步骤⑥，根据所获得的脉宽调制占空比D1和D2，通过控制绝缘栅双极型晶体管的导通实现对风电场的无功补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种基于含双向功率管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤①、将可控变压器的副边与所述的远方电网相连，可控变压器的原边与风电场出口端相连，测量与控制模块初始化，接收上位机给定的电压给定值V0和有功功率的给定值P0；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压Vin的幅值为|Vin|，输出电压Vout的幅值为|Vout|，输出电流Iout的幅值为|Iout|，输出电压基波的初始幅值为V1out，远方电网电压V电网2的信息和输电线路电抗值L，远方电网电压V电网2的幅值为V2，相角为α；按下列公式计算实测有功功率P： P = 1 2 V o u t I o u t c o s β ]]>根据给定的有功功率P0，计算可控变压器的输出电压初始相角θ0 P 0 = V 2 V o u t ω 0 L s i n ( α - θ 0 ) ]]>按照风电场运行状况，进行无功功率补偿和有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出的有功功率和无功功率；步骤③、根据有功功率P0及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μS1：μS1＝P0-P，其中P为实测有功功率；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC1，计算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；其中，θ0为可控变压器电压相角设定初值；步骤④、根据电压给定值V0及实测输出电压Vout，计算可控变压器的输出电压幅值Vout1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μS2：μS2＝V0-Vout，其中Vout为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC2，计算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值Vout1， V o u t 1 = V o u t 1 + μ C 2 ]]>步骤⑤、计算调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得输出电压参考值Voutref： V o u t r e f = V o u t 1 sin ( ω 0 t - θ ) = ( V i n * [ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯琳，王琨，李国杰，江秀臣，汪可友，韩蓓，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31