使用同步机仿真对电压源换流器的控制制造技术

本发明专利技术涉及一种用于控制连接到电网(12；24)的电压源换流器(16；20)的方法、装置和计算机程序产品。该装置(25；26)包括：第一输入，用于接收所检测到的在电网与电压源换流器之间的接口的至少一个电属性(E，i)，以及控制实体(27；28)，被布置成通过以下方式来控制电压源换流器(16；20)：通过使用隐式同步机的电模型到电压源换流器的电模型上的映射获得的控制信号(vREF，TR)以及在所述映射的模型中应用所检测到的在电网与电压源换流器之间的接口的电属性，其中，隐式同步机的电模型反映该同步机的电动态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及电压源换流器。本专利技术尤其针对用于控制连接到电网的电压源 换流器的方法、装置和计算机程序产品。
技术介绍
连接到平均公用电网的电压源换流器(VSC)的数量正在稳定增加。应用包括高压 直流(HVDC)输送、静止同步补偿器(STATC0M)、背对背电动机驱动器、分布式发电和风力涡 轮发电机。在一些情形中，特别是当额定功率容量高时，S卩，在MVA范围中，会期望电压源换 流器有助于电网的电压控制。因此电压源换流器应该控制其连接到的总线处的电网电压量 值。对STATC0M的基本目的以及VSC-HVDC端子特别如此。电网连接电压源换流器的标准控制得自逆变器馈电交流驱动器的控制。使用锁相 环(PLL)把电压源换流器同步到电网电压，这等同于交流驱动器中转子-位置测量或估算。 PLL的输出角度是换流器电流的电流控制环路在其中工作的、同步旋转dq坐标系的参考角 度。此环路通常具有高带宽100弧度/秒或以上。电流控制的输出是脉宽调制器(PWM)的 参考电压向量。与电流控制环级联，添加外围环路，在较低带宽工作，主要用于直流链路电 压控制、有源功率控制和电网电压量值控制。采用此类型控制系统的电压源换流器必须总是具有要进行同步的相当强的电网 电压，即，电网必须相当稳定。另外，在电压源换流器要控制电网频率的状况中无法使用该 系统。这例如是在无源电网供电、通过VSC-HVDC输送连接到主干电网的风场中以及采用 VSC-HVDC输送在电力中断之后重启电网的一部分(称为“黑启动”)时的情况。WO 2008/000626中给出了结合用于“黑启动”中的电压源换流器的PLL使用的一 个示例。因此需要改进连接到公用电网的电压源换流器的控制。与此相关，US 2006/0268257描述了逆变器的控制，该逆变器的频率是使用同步机 的整体机械动态(mass mechanical dynamics)到逆变器模型上的映射而被控制的。然而， 逆变器并不有助于电网的电压控制。因此需要与连接到公用电网的电压源换流器的控制相关的改进，其中，电压源换 流器能够有助于此电网的控制。
技术实现思路
本专利技术总体上针对提供对连接到电网的电压源换流器的改进控制。根据本专利技术的原理，使用隐式同步机的电动态的仿真来控制连接到电网的电压源 换流器。本专利技术的一个目的是提供用于控制连接到电网的电压源换流器的改进方法。根据本专利技术的第一方面，此目的是通过用于控制连接到电网的电压源换流器的方法解决的，该方法包括以下步骤-检测电网与电压源换流器之间的接口的至少一个电属性，以及-通过以下方式来控制电压源换流器使用通过隐式同步机的电模型到电压源换 流器的电模型上的映射获得的控制信号以及在映射的模型中应用所检测到的在电网与电 压源换流器之间的接口的电属性，其中，隐式同步机的电模型反映该同步机的电动态。本专利技术的另一目的是提供用于控制连接到电网的电压源换流器的装置，其中，改 进了电压源换流器的控制。根据本专利技术的第二方面，此目的是通过用于控制连接到电网的电压源换流器的装 置解决的，该装置包括-第一输入，用于接收所检测到的在电网与电压源换流器之间的接口的至少一个 电属性，以及-控制实体，被布置成通过以下方式来控制电压源换流器通过使用隐式同步机 的电模型到电压源换流器的电模型上的映射获得的控制信号以及在映射的模型中应用所 检测到的在电网与电压源换流器之间的接口的电属性，其中，隐式同步机的电模型反映该 同步机的电动态。本专利技术的另一目的是在数据载体上提供计算机程序产品，用于控制连接到电网的 电压源换流器，其改进了电压源换流器的控制。根据本专利技术的第三方面，此目的是通过在数据载体上提供的计算机程序产品解决 的，数据载体用于控制连接到电网的电压源换流器并包括计算机程序代码以使得控制装置 在把所述代码加载到控制装置中时执行-接收所检测到的在电网与电压源换流器之间的接口的至少一个电属性，以及-通过以下方式来控制电压源换流器通过使用隐式同步机的电模型到电压源换 流器的电模型上的映射获得的控制信号以及在映射的模型中应用所检测到的在电网与电 压源换流器之间的接口的电属性，其中，隐式同步机的电模型反映该同步机的电动态。本专利技术具有很多优点。控制有助于电网的控制。可以通过来自电压源换流器的无 功功率的引入对抗电网电压量值的减小。此外无论电网特性如何均提供稳定性。这是重要 的，因为常常需要无论电网强度如何以及无论连接到电网的其它换流器、机器和负载的动 态如何均维持电网的稳定性。还可以把专利技术思想应用于无源电网。使用隐式同步机电动态 仿真的电压源换流器控制还有希望用于包括风场应用的与弱或无源电网相关的使用。控制 装置的调节随后相比于常规控制装置而言会变得更加简单直接和耐用，因为可以考虑同步 机的控制和动态中的经验。附图说明以下将参照附图描述本专利技术，其中图1示意性地示出电力传输系统中的两个控制装置，每个控制装置都被布置成控 制相应的电压源换流器，图2示出根据本专利技术的用于控制电压源换流器的方法中执行的大量总体方法步 骤的流程图，图3a示意性地示出隐式同步机的电模型，图北示意性地示出电压源换流器的电模型，图4示出了用于控制电压源换流器的根据本专利技术优选实施例的控制装置中的大 量单元的方框示意图，图5示出用于根据隐式同步机的电模型到电压源换流器的电模型上的映射来控 制电压源换流器的本专利技术优选实施例的控制装置中执行的大量方法步骤，以及图6示出通过应用隐式同步机的整体机械动态的仿真来控制电压源换流器的本 专利技术优选实施例的控制装置中执行的大量方法步骤。具体实施例方式以下，将给出根据本专利技术的方法和装置的优选实施例的详细描述。本专利技术可被提供于要经由电压源换流器(VSC)连接到电力或公用电网的系统中。 这样的系统包括用于直流或交流电功率生成和输送的系统，即，高压或超高压功率输送和 生成系统。当电压源换流器连接到公用电网或电网时，会期望使换流器有助于电网的控制。 本专利技术针对使得电压源换流器能够做出这样的贡献。在图1中，以高压直流(HVDC)系统(S卩，高压(50kV以上)或超高压GOOkV以上) 电力输送系统)的形式示意性地示出了示范性电力输送系统的单线图。应该认识到，本发 明不限于这样的系统，而是可以用于其它类型的高压或超高压电力输送系统中(比如，灵 活交流输电系统(FACT))以及其它类型应用(诸如静止同步补偿器(STATC0M)、背对背电动 机驱动器、分布式发电和风力涡轮发电机等)中。在图1中，存在通向第一电感14的、通常是三相电网的第一电网12。第一电感14 连接到把交流功率转换为直流功率(即，作为整流器)的第一电压源换流器16。第一电感 14常常使用变压器实现并作为第一电压源换流器14的输出滤波器。第一电压源换流器16 继而连接到第一直流电力线路18，第一直流电力线路18继而通向第二电压源换流器20(把 直流功率转换为交流功率的换流器，即，作为逆变器)。第二电压源换流器20继而连接到 也常常通过变压器实现的第二电感22。第二电感22也常常使用变压器实现并作为第二电 压源换流器20的输出滤波器。第二电感22此外连接到此处通常也是三相电网的第二电网 M。第一和第二电压源换流器16和20还连接到地。图1中示出的系统是所谓的单极系 统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于控制连接到电网（１２；２４）的电压源换流器（１６；２０）的方法，包括以下步骤：－检测（３４）所述电网与所述电压源换流器之间的接口的至少一个电属性（Ｅ，ｉ），以及－通过以下方式来控制（３９）所述电压源换流器（１６；２０）：使用通过（３８）隐式同步机的电模型到所述电压源换流器的电模型上的映射获得（３８）的控制信号（ｖＲＥＦ，ＴＲ）以及在所述映射的模型中应用所检测到的在所述电网与所述电压源换流器之间的接口的电属性，其中，所述隐式同步机的电模型反映该同步机的电动态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制连接到电网(12;24)的电压源换流器(16;20)的方法，包括以下步骤-检测(34)所述电网与所述电压源换流器之间的接口的至少一个电属性(E，i)，以及-通过以下方式来控制(39)所述电压源换流器(16 ；20)使用通过(38)隐式同步机 的电模型到所述电压源换流器的电模型上的映射获得(38)的控制信号(vKEF,TK)以及在所 述映射的模型中应用所检测到的在所述电网与所述电压源换流器之间的接口的电属性，其 中，所述隐式同步机的电模型反映该同步机的电动态。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述映射包括把在所述电压源换流器的电模型中 的面向所述电网的滤波器电感(L)设置为等于所述同步机模型的总漏感(L。)。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所检测到的至少一个电属性包括在所述电网与 所述电压源换流器之间行进的换流器电流(i)，所述映射包括把所述换流器电流设置为等 于所述同步机模型的定子电流(is)，所述控制步骤包括把示出定子电流(is)与经过所述同 步机模型的磁化电感(U的磁化电流(iM)之间的关系的微分方程应用(66)到所述换流器 电流⑴上。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述控制步骤包括使用通过组合(68)依赖于所述 换流器电流(i)的第一项、依赖于所述磁化电流(iM)的第二项以及代表所述同步机模型的 可变反电动势的第三项(eM)获得的控制信号(vKEF,TK)来控制所述电压源换流器。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述控制步骤包括组合(68)所述第一项、第二项和 第三项以便获得换流器电流参考值(iKEF)，其中，所使用的控制信号取决于(72)所述换流 器电流参考值与所述换流器电流之差。6.如权利要求5所述的方法，其中，所检测到的在所述电网与所述电压源换流器之间 的接口的一个电属性是电网电压(E)，所述组合步骤(68)还涉及组合所述电网电压的前馈 项(Ef)以便获得所述换流器电流参考值，所述控制信号还取决于所述电网电压的前馈项 F)。7.如权利要求5或6所述的方法，其中，所述控制步骤包括限制(70)所述换流器电流参考值。8.如权利要求4-7中任一项所述的方法，其中，所检测到的在所述电网与所述电压 源换流器之间的接口的一个电属性是电网电压(E)，所述控制步骤包括基于电网电压参考 (Eeef)与绝对电网电压(|E|)之差(62)来确定(64)代表所述反电动势的第三项。9.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述控制步骤包括应用(38)所述隐式同步 机的整体机械动态的仿真以便调整所述控制信号。10.如权利要求9所述的方法，其中，应用整体机械动态的仿真包括使用低通滤波项 对整体动态表达式进行低通滤波(80)以及应用(82，84)低通滤波后的项以便调整所述控 制信号，所述整体动态表达式包括参考线频率(ωKEF)，所述低通滤波项包括取决于机械动 态的能够设置的总惯量的项。11.如权利要求10所述的方法，进一步包括确定(36)所述电压源换流器的电有源功率 (Pe)的步骤，所述应用整体机械动态的仿真涉及提供(76)与参考有源功率(Pkef)和所述电 有源功率(Pe)之差成比例的项以用于所述整体动态表达式中。12.如权利要求10或11所述的方法，进一步包括以下步骤对低通滤波后的整体动态表达式进行积分(8 以便获得所述控制信号要被调整的角度(θ》。13.一种用于控制连接到电网(12 ；24)的电压源换流器(16 ；20)的装置(25 ；26),括-第一输入，用于接收所检测到的在所述电网与所述电压源换流器之间的接口的至少 一个电属性(E，i)，以及-控制实体⑶；观)，被布置成通过以下方式来控制所述电压源换流器(16 ；20)通过 使用隐式同步机的电模型到所述电压源换流器的电模型上的映射获得的控制信号(vKEF,TK) 以及在所述映射的模型中应用所检测到的在所述电网与所述电压源换流器之间的接口的 电属性，其中，所述隐式同步机的电模型反映该同步机的电动态。14.如权利要求13所述的装置，其中，所述映射包括把在所述电压源换流器的电模型 中的面向所述电网的滤波器电感(L)设置为等于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦纳特·哈内福什，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH