全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，包括依次连接的信号采集和处理单元、逆变器电流环控制单元、脉冲调制单元、能量处理单元、同步电机对；能量处理单元与新能源场站连接，同步电机对与电网连接；所述控制系统还包括与信号采集和处理单元连接的单位功率因数控制单元，单位功率因数控制单元的输出端与逆变器电流环控制单元连接。本发明专利技术基于逆变器电流、逆变器额定容量之比为、MGP与新能源场站额定容量之比，构造出逆变器电流分配系数，通过自动动态调整逆变器电流分配系数，使得新能源场站多逆变器并联驱动MGP时，很好地适应等容量同出力、非等容量非同出力等多工况环境，更好地匹配各个逆变器与MGP的功率传输。更好地匹配各个逆变器与MGP的功率传输。更好地匹配各个逆变器与MGP的功率传输。

【技术实现步骤摘要】
全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统和方法


[0001]本专利技术属于发电能源并网控制领域，具体涉及一种全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统。

技术介绍

[0002]随着大规模新能源对火电机组的逐渐替代，电网将呈现低惯量、高电力电子化等特点，这些特点，不利于电网的稳定运行。而采用同步电机对(Motor
‑
Generator Pair，MGP)技术用于间歇性新能源并网是近年来研究的一个方向，这种技术可以使新能源场站具备同步电机的优良属性，有利于电网的稳定运行。采用MGP技术使新能源场站具备的优良属性主要包括：1)新能源场站具备了真实的转动惯量、拥有了较强的惯性响应、增加了电网的频率支撑能力；2)在电网故障时，可提供阻尼和无功功率支撑，加快电网电压的恢复；3)提高新能源场站的高、低电压穿越能力。
[0003]由于设计单台大容量逆变器的难度较高、经济性较差，故为满足新能源场站的容量要求，采用多逆变器并联驱动MGP是一种必然的选择。当前多逆变器并联驱动MGP的研究较少，且主要集中于多逆变器等容量、同出力场景下的并联。已有的多逆变器并联驱动MGP的矢量i
d
＝0控制策略存在一定的局限性，即MGP出力较大时，有可能会使得连接于MGP输入侧的逆变器输出功率因数过低，难以保证MGP的有功传输。实际中，新能源场站具有间隙性、随机性的特点，无法保证新能源与MGP的出力一直处于较低阶段，即现有方法很难满足新能源场站有功传输。
[0004]因此研究一种无论新能源与MGP出力大小如何，都可以保证新能源场站全工况下MGP有功输出的控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，在无论新能源与MGP出力大小的情况下都可以保证新能源场站全工况下MGP有功输出，使得新能源与MGP对逆变器输出侧功率因数的影响接近零，逆变器输出侧功率因数接近单位功率因素(Unity Power Factor，UPF)。
[0006]本专利技术的技术方案是全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，包括依次连接的信号采集和处理单元、逆变器电流环控制单元、脉冲调制单元、能量处理单元、同步电机对；能量处理单元与新能源场站连接，同步电机对与电网连接。
[0007]信号采集和处理单元采集同步电机对的转子角ω
t
，同步电动机的定子d、q轴电流i
sd
、i
sq
；采集各个逆变器输出侧的三相电流i
abc
，并根据转子角ω
t
将其转变为dq坐标系下的对应值；采集逆变器并联处的三相电压e
abc
，并根据转子角ω
t
将其转变为dq坐标系下的对应值；采集各个逆变器的电流参考值，根据同步电机对与逆变器的容量关系，得到同步电机对中同步电动机定子电流的参考值。
[0008]逆变器电流环控制单元根据信号采集和处理单元得到的dq坐标系下的逆变器输
出电压、电流，进行两相同步旋转坐标系的解耦控制，从而得到dq轴坐标下的电压参考值，进而实现并网逆变器输出功率的解耦控制。
[0009]脉冲调制单元将各个逆变器电流环控制输出的电压参考值v
i，d
、v
i，q
，转换为对应的三相电压，并分别通过正弦脉冲宽度调制方式得到各个逆变器的触发信号，从而实现多逆变器并联驱动同步电机对。
[0010]能量处理单元包括多组三相逆变器与LC滤波器。
[0011]同步电机对包括同轴连接的同步电动机和同步发电机，其中同步电动机将新能源场站的电能转化为机械能，而同步发电机通过同步电动机的驱动，重新将机械能转化为电能。
[0012]优选地，所述控制系统还包括与信号采集和处理单元连接的单位功率因数控制单元，单位功率因数控制单元的输出端与逆变器电流环控制单元连接。单位功率因数控制单元采用单位因数法来计算同步电动机的定子d、q轴电流，使同步电机对的同步电动机的功率因数接近1或等于1。
[0013]进一步地，所述逆变器电流环控制单元通过逆变器电流环进行两相同步旋转坐标系的解耦控制，从而得到dq轴坐标下的电压参考值；根据dq坐标系形式的逆变器输出侧的回路控制方程建立逆变器电流环控制，通过同步电机对中的转子角ωt，将逆变器输出的电压和电流转变为dq坐标系下的电压和电流。
[0014]上述的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统的控制方法，直接采集同步电动机定子d、q轴电流计算得到磁链ψ，将磁链ψ当作已知量，计算得出同步电动机定子d、q轴参考电流。
[0015]优选地，所述控制方法为使多逆变器并联适用于每个逆变器容量相等或不等、出力相同或不同的全工况情况，按照每个逆变器的出力大小分配电流，其电流分配系数如下：
[0016][0017]式中k
i
为第i个逆变器的电流分配系数；i
i
是第i个逆变器的电流参考值，以第i个逆变器额定容量为基准值，所得到的标幺值；m是同步电机对与新能源场站额定容量之比；多个逆变器额定容量之比为n1：n2：n3：
……
：n
N
，n
i
，i＝1，2，3
…
N表示第i个逆变器的额定容量，其中N表示逆变器的数量。
[0018]相比现有技术，本专利技术的有益效果包括：
[0019]1)本专利技术的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，基于逆变器电流、逆变器额定容量之比为、MGP与新能源场站额定容量之比，构造出逆变器电流分配系数，通过自动动态调整逆变器电流分配系数，使得新能源场站多逆变器并联驱动MGP时，很好地适应等容量同出力、非等容量非同出力等多工况环境，更好地匹配各个逆变器与MGP的功率传输。
[0020]2)本专利技术的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，使逆变器输出侧功率因数接近1，有效保证了新能源通过MGP并网的有功传输效率；无论新能源与MGP的出力状况如何，新能源与MGP对逆变器输出侧功率因数影响几乎为零。
[0021]3)本专利技术的控制方法，采用矢量UPF控制策略，通过采集MGP中同步电动机的定子d、q轴参考电流计算磁链，利用磁链与同步电动机定子d轴电流具备负反馈的特性，计算过程可从多元三次方程求解降为直接求解，大大简化了计算。
[0022]4)本专利技术的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统以及相应的控制方法，更吻合工程实际，可大范围推广使用。
附图说明
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0024]图1为本专利技术实施例的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统的结构示意图。
[0025]图2为本专利技术实施例的同步电机对的示意图。
[0026]图3为本专利技术实施例的能量处理单元的示意图。
[0027]图4为本专利技术实施例的逆变器电流环控制原理的示意图。
[0028]图5为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，其特征在于，包括依次连接的信号采集和处理单元、逆变器电流环控制单元、脉冲调制单元、能量处理单元、同步电机对；能量处理单元与新能源场站连接，同步电机对与电网连接；信号采集和处理单元采集同步电机对的转子角ω
t
，同步电动机的定子d、q轴电流i
sd
、i
sq
；采集各个逆变器输出侧的三相电流i
abc
，并根据转子角ω
t
将其转变为dq坐标系下的对应值；采集逆变器并联处的三相电压e
abc
，并根据转子角ω
t
将其转变为dq坐标系下的对应值；采集各个逆变器的电流参考值，根据同步电机对与逆变器的容量关系，得到同步电机对中同步电动机定子电流的参考值；逆变器电流环控制单元根据信号采集和处理单元得到的dq坐标系下的逆变器输出电压、电流，进行两相同步旋转坐标系的解耦控制，从而得到dq坐标系下的电压参考值，进而实现并网逆变器输出功率的解耦控制；脉冲调制单元将各个逆变器电流环控制输出的电压参考值v
i,d
、v
i,q
，转换为对应的三相电压，并分别通过正弦脉冲宽度调制方式得到各个逆变器的触发信号，从而实现多逆变器并联驱动同步电机对；能量处理单元包括多组三相逆变器与LC滤波器；同步电机对包括同轴连接的同步电动机和同步发电机，其中同步电动机将新能源场站的电能转化为机械能，而同步发电机通过同步电动机的驱动，重新将机械能转化为电能。2.根据权利要求1所述的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与信号采集和处理单元连接的单位功率因数控制单元，单位功率因数控制单元的输出端与逆变器电流环控制单元连接；单位功率因数控制单元采用单位因数法来计算同步电动机的定子d、q轴电流，使同步电机对的同步电动机的功率因数接近1或等于1。3.根据权利要求2所述的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，其特征在于，所述逆变器电流环控制单元通过逆变器电流环进行两相同步旋转坐标系的解耦控制，从而得到dq轴坐标下的电压参考值；为了实现功率解耦，逆变器的并网控制通常采用dq坐标系形式，逆变器输出侧的回路控制方程为：式中u
d
、u
q
分别表示逆变器输出侧电压的d、q轴分量；i
d
、i
q
分别表示逆变器输出侧电流的d、q轴分量；e
d
、e
q
分别表示并网侧电压的d、q轴分量；根据式(1)建立逆变器电流环控制，通过同步电机对中的转子角ωt，将逆变器输出的电压和电流转变为dq坐标系下的电压和电流。4.根据权利要求3所述的全工况多逆变器并联驱动MGP的控制系统，其特征在于，所述采用单位因数法来计算同步电动机的定子d、q轴电流，dq坐标系下同步电机的转矩T
e
的表达式如下：T
e
＝1.5n
p
(ψ
sd
i
sq
‑
ψ
sq
i
sd
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
式中：n
p
为同步电动机的极对数；ψ
sd
、ψ
sq
分别表示同步电动机定子磁链的d、q轴分量；i
sd
、i
sq
分别表示同步电动机定子电流的d、q轴分量；结合逆变器电流环控制和式(2)可知，当多逆变器并联驱动同步电机对时，通过逆变器电流环控制，来改变电动机定子d、q轴电流的大小，可实现电动机电磁转矩的调节，达到控制同步电机对功率传输的目的；若以同步电动机定子输入电流作为电流正方向，此时其d、q轴电压、磁链方程为：若以同步电动机定子输入电流作为电流正方向，此时其d、q轴电压、磁链方程为：式中u
sd
、u
sq
分别表示同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，杨策，王皓宇，林贺凯，聂子凡，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：