一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法及裝置，其中，該方法包括：獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值；根據(jù)參考電流虛部值與實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量；通過調(diào)整觸發(fā)角控制量控制四象限電流源換流器的無功功率。通過本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題。
【專利說明】
一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電流源換流器的控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電流源型器是由兩個(gè)三相全橋變換器通過一個(gè)Δ-Υ，Υ-Υ連接的隔離變壓器并聯(lián)或串聯(lián)在一起，但是交流側(cè)電流會含有大量諧波，與電力系統(tǒng)連接時(shí)需要大量緩沖吸收電容，增加了換流器成本和占地面積。采用晶閘管作為主橋換流閥的電流源型換流器只能通過觸發(fā)信號控制其開通，而無法控制其關(guān)斷，因此三相橋觸發(fā)角的移相范圍為0°?180°，不具有無功控制能力，需要配備緩沖電容來吸收無功，這就致使裝置體積較大，在工程應(yīng)用中使用不便。
[0003]四象限電流源換流器是基于直流紋波注入技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)和多級注入技術(shù)的新型電流源換流器。通過從直流側(cè)向交流側(cè)注入一定規(guī)律的諧波，交流側(cè)電流可以合成無諧波的正弦波，從而交流側(cè)無需大量的接口緩沖電容，克服了傳統(tǒng)電流源型換流器的缺點(diǎn)。直流注入在工程中通常采用多級注入法注入多階梯電流來近似理想注入電流波形，通過注入一定階梯的零電流，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了主橋晶閘管的零電流開關(guān)，而且還可以使主橋晶閘管強(qiáng)迫關(guān)斷，使半控器件的晶閘管可以全控化，主橋晶閘管觸發(fā)范圍擴(kuò)展到-180°?180°內(nèi)變化，可以控制無功功率的吸收或者發(fā)出，實(shí)現(xiàn)電流源換流器的四象限運(yùn)行。
[0004]目前，電流源型換流器在大容量應(yīng)用場合下常常采用脈沖寬度調(diào)制(PulseWidthModulat1n，簡稱為PffM)控制技術(shù)，這樣不僅開關(guān)損耗會加大，而且電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生較高的應(yīng)力，對開關(guān)器件的安全和設(shè)備的可靠性提出更高要求。
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中，采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題，還未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法及裝置，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法，包括:獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值;根據(jù)所述參考電流虛部值與所述實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量;通過調(diào)整所述觸發(fā)角控制量控制所述四象限電流源換流器的無功功率。
[0008]可選地，根據(jù)所述參考電流虛部值與所述實(shí)際電流虛部值的差值獲取所述觸發(fā)角控制量包括:將所述差值輸入至比例-積分-微分控制器，通過所述比例-積分-微分控制器輸出所述觸發(fā)角控制量。
[0009]可選地，獲取所述四象限電流源換流器交流側(cè)的所述參考電流虛部值包括:測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電流值和所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓相位值;以所述電壓相位值為基準(zhǔn)，根據(jù)所述電流值計(jì)算得到所述實(shí)際電流虛部值。
[0010]可選地，獲取所述四象限電流源換流器交流側(cè)的所述參考電流虛部值包括:獲取預(yù)先設(shè)定的所述四象限電流源換流器的參考無功功率;測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓值;根據(jù)所述參考無功功率和所述電壓值計(jì)算得到所述參考電流虛部值。
[0011]可選地，所述通過調(diào)整所述觸發(fā)角控制量控制所述四象限電流源換流器的無功功率包括:調(diào)整所述觸發(fā)角控制量;根據(jù)調(diào)整的觸發(fā)角控制量獲取所述四象限電流源換流器的觸發(fā)角;根據(jù)所述觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖導(dǎo)通所述四象限電流源換流器的晶閘管。
[0012]可選地，所述調(diào)整所述觸發(fā)角控制量包括:在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第一預(yù)定閾值;或者，在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第二預(yù)定閾值;或者，在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第三預(yù)定閾值;或者，在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第四預(yù)定閾值。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種四象限電流源換流器的無功功率控制裝置，包括:第一獲取模塊，用于獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值;第二獲取模塊，用于根據(jù)所述參考電流虛部值與所述實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量;控制模塊，用于通過調(diào)整所述觸發(fā)角控制量控制所述四象限電流源換流器的無功功率。
[0014]可選地，所述第二獲取模塊包括:第一輸入子模塊，用于將所述差值輸入至比例-積分-微分控制器;第二輸入子模塊，用于通過所述比例-積分-微分控制器輸出所述觸發(fā)角控制量。
[0015]可選地，所述第一獲取模塊包括:第一測量子模塊，用于測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電流值和所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓相位值;第一計(jì)算子模塊，用于以所述電壓相位值為基準(zhǔn)，根據(jù)所述電流值計(jì)算得到所述實(shí)際電流虛部值。
[0016]可選地，所述第一獲取模塊還包括:第一獲取子模塊，用于獲取預(yù)先設(shè)定的所述四象限電流源換流器的參考無功功率;第二測量子模塊，用于測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓值;第二計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述參考無功功率和所述電壓值計(jì)算得到所述參考電流虛部值。
[0017]可選地，所述控制模塊包括:調(diào)整子模塊，用于調(diào)整所述觸發(fā)角控制量;第二獲取子模塊，用于根據(jù)調(diào)整的觸發(fā)角控制量獲取所述四象限電流源換流器的觸發(fā)角；導(dǎo)通子模塊，用于根據(jù)所述觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖導(dǎo)通所述四象限電流源換流器的晶閘管。
[0018]可選地，所述調(diào)整子模塊還包括:第一調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第一預(yù)定閾值;或者，第二調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第二預(yù)定閾值;或者，第三調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第三預(yù)定閾值;或者，第四調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第四預(yù)定閾值。
[0019]通過本發(fā)明，獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值;根據(jù)參考電流虛部值與實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量;通過調(diào)整觸發(fā)角控制量控制四象限電流源換流器的無功功率。解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題。四象限電流源換流器采用多級注入式變換技術(shù)，而非常規(guī)PffM控制技術(shù)，器件開關(guān)最高工作頻率300Hz，開關(guān)動態(tài)損耗減少。通過換流器閉環(huán)功率控制器，根據(jù)實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的偏差，調(diào)整觸發(fā)角變化量的大小和/或極性，控制輸出無功功率的大小，使其接近參考值。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器的無功功率控制方法的流程圖；
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器的拓?fù)鋱D；
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器簡化模型示意圖；
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器電壓電流及功率關(guān)系示意圖；
[0025]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器無功功率控制器的示意圖；
[0026]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源平衡狀態(tài)下的實(shí)測無功功率Q與設(shè)定無功功率Qrrf變化不意圖；
[0027]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源平衡狀態(tài)下的Udc和Idc變化示意圖；
[0028]圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源平衡狀態(tài)下的UjPIa變化示意圖；
[0029]圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源平衡狀態(tài)下的Ub和Ib變化示意圖；
[0030]圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源平衡狀態(tài)下的U。和I。變化示意圖；
[0031]圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源不平衡狀態(tài)下的實(shí)測無功功率Q與設(shè)定無功功率Qref變化示意圖；
[0032]圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源不平衡狀態(tài)下的Udc和Idc變化示意圖；
[0033]圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源不平衡狀態(tài)下的UjPIa變化示意圖；
[0034]圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源不平衡狀態(tài)下的Ub和Ib變化示意圖；
[0035]圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源不平衡狀態(tài)下的Uc和Ic變化示意圖。
[0036]圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器的無功功率控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0037]圖17是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二獲取模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0038]圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一獲取模塊的一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖；
[0039]圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一獲取模塊的另一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖；
[0040]圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制模塊的一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖；
[0041]圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制模塊的另一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0044]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0045]實(shí)施例1
[0046]在本實(shí)施例中提供了一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法，圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器的無功功率控制方法的流程圖，如圖1所示，該流程包括如下步驟:
[0047]步驟Sll，獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值；
[0048]步驟S12，根據(jù)參考電流虛部值與實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量;優(yōu)選地，將該差值輸入至比例-積分-微分控制器，通過該比例-積分-微分控制器輸出該觸發(fā)角控制量；
[0049]步驟S13，通過調(diào)整觸發(fā)角控制量控制四象限電流源換流器的無功功率。
[0050]通過上述步驟，將參考電流虛部值與四象限電流源換流器的實(shí)際電流虛部值的差值輸入至比例-積分-微分控制器，輸出觸發(fā)角控制量，通過調(diào)整觸發(fā)角控制量控制該四象限電流源換流器的無功功率，相比于現(xiàn)有技術(shù)中，電流源型換流器在大容量應(yīng)用場合下常常采用PWM控制技術(shù)，不僅開關(guān)損耗會加大，而且電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生較高的應(yīng)力，上述步驟解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題。四象限電流源換流器采用多級注入式變換技術(shù)，而非常規(guī)PffM控制技術(shù)，器件開關(guān)最高工作頻率300Hz，開關(guān)動態(tài)損耗減少。通過換流器閉環(huán)功率控制器，根據(jù)實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的偏差，調(diào)整觸發(fā)角變化量的大小和/或極性，控制輸出無功功率的大小，使其接近參考值。
[0051]本可選實(shí)施例所提到的控制方法是針對基于直流紋波注入技術(shù)的四象限電流源換流器而言，利用了本換流器使晶閘管強(qiáng)迫關(guān)斷實(shí)現(xiàn)-180°?180°變化的特點(diǎn)，對普通的電流源型換流器不適用?；诟綦x變壓器的四象限電流源換流器如圖2所示，主要由自耦變壓器，一對并聯(lián)的晶閘管三相全橋電路以及注入拓?fù)錁?gòu)成。
[0052]上述步驟S12涉及到測量四象限電流源換流器交流側(cè)的實(shí)際電流虛部值，在一個(gè)可選實(shí)施例中，測量四象限電流源換流器交流側(cè)的電流值和四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓相位值，以該電壓相位值為基準(zhǔn)，根據(jù)該電流值計(jì)算得到該實(shí)際電流虛部值。
[0053]如圖3所示，當(dāng)換流器應(yīng)用到電力系統(tǒng)中時(shí)，主要通過測量交流電流并轉(zhuǎn)換成實(shí)部電流和虛部電流，通過由與參考功率推出的參考電流進(jìn)行比較，其差值作為PID控制的輸入。圖3為CSC簡化模型，傳輸系統(tǒng)連接獨(dú)立的電源Vsl，電源串連一個(gè)電感;換流器系統(tǒng)側(cè)端電壓為Vn(相電壓，有效值)；交流側(cè)電流的實(shí)部、虛部為(IRe3l，IIml);換流器直流側(cè)端電壓為Vdci，電流為Idc; θι為Iti與Vti之間的相位差。
[0054]圖4描述了系統(tǒng)無功功率與系統(tǒng)交流電流電壓之間的關(guān)系圖。圖3中的左圖為系統(tǒng)電流電壓相量關(guān)系圖，以交流電壓為參考相量，交流電流之后交流電壓的角度即為系統(tǒng)功率因數(shù)角。根據(jù)圖4中的右圖，系統(tǒng)無功功率的表達(dá)式為Q = SvTiRMslTiRMssin(Q1) ο
[0055]上述步驟Sll涉及到獲取參考電流虛部值，需要說明的是，可以通過多種方式獲取到參考電流虛部值，下面對此進(jìn)行舉例說明。在一個(gè)可選實(shí)施例中，獲取預(yù)先設(shè)定的四象限電流源換流器的參考無功功率，測量四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓值，根據(jù)該參考無功功率和該電壓值計(jì)算得到該參考電流虛部值。具體地，利用圖4所描述的參考無功功率與電壓有效值之間的關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換為參考電流虛部值Imrrf。將參考電流虛部值Imrrf與測量的實(shí)際電流值虛部Im差值送入PID控制器。
[0056]通過極性判斷模塊判斷無功功率的極性，當(dāng)換流器處于感性狀態(tài)時(shí)，無功功率隨觸發(fā)角的增大而減少，當(dāng)換流器處于容性狀態(tài)時(shí)，無功功率隨觸發(fā)角的增大而增大。通過調(diào)整該觸發(fā)角控制量控制該四象限電流源換流器的無功功率，在一個(gè)可選實(shí)施例中，在參考電流虛部值大于零，并且參考電流虛部值大于該實(shí)際電流虛部值的情況下，減小觸發(fā)角控制量直至實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的差值小于第一預(yù)定閾值。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，在參考電流虛部值大于零，并且參考電流虛部值小于實(shí)際電流虛部值的情況下，增大觸發(fā)角控制量直至該實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的差值小于第二預(yù)定閾值。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，在參考電流虛部值小于零，并且參考電流虛部值大于實(shí)際電流虛部值的情況下，增大觸發(fā)角控制量直至實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的差值小于第三預(yù)定閾值。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，在參考電流虛部值小于零，并且參考電流虛部值小于實(shí)際電流虛部值的情況下，減小觸發(fā)角控制量直至實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的差值小于第四預(yù)定閾值。具體地，可以通過極性判斷模塊，判斷出系統(tǒng)是工作中+90°附近還是-90°附近。當(dāng)無功功率參考值大于O時(shí)，電流虛部參考值也大于O，系統(tǒng)工作在觸發(fā)角+90°附近；當(dāng)無功功率參考值小于O時(shí)，電流虛部參考值也小于O，系統(tǒng)工作在觸發(fā)角-90°附近。系統(tǒng)工作在+90°觸發(fā)角附近時(shí)，當(dāng)電流虛部參考值大于實(shí)際電流虛部測量值，電流虛部隨觸發(fā)角的增大而減小，需要減小觸發(fā)角，當(dāng)電流虛部參考值小于實(shí)際電流虛部測量值，需要增大觸發(fā)角。系統(tǒng)工作在-90°觸發(fā)角附近時(shí)，當(dāng)電流虛部參考值大于實(shí)際電流虛部測量值，需要增大觸發(fā)角，當(dāng)電流虛部參考值小于實(shí)際測量值時(shí)，需要減小觸發(fā)角。
[0057]在一個(gè)可選實(shí)施例中，調(diào)整觸發(fā)角控制量，根據(jù)調(diào)整的觸發(fā)角控制量獲取四象限電流源換流器的觸發(fā)角，根據(jù)觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖導(dǎo)通該四象限電流源換流器的晶閘管，具體地，該觸發(fā)角包括該觸發(fā)角控制量與90°之和或者該觸發(fā)角控制量與90°之差，根據(jù)該觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖。根據(jù)工作狀態(tài)，PID控制器輸出觸發(fā)角變化量ΔΘ，系統(tǒng)總觸發(fā)角為+90° + Δ Θ或-90° + Δ θ(由極性判斷模塊決定)，再由同步信號送入觸發(fā)邏輯發(fā)生器，產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖，從而使系統(tǒng)無功功率發(fā)生變化。
[0058]對上述控制方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其動態(tài)仿真波形如圖6?圖15。其中圖6?圖1O為電源對稱狀態(tài)下的仿真運(yùn)行，反應(yīng)了四象限電流源換流器在閉環(huán)控制下的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，這里截取O?0.9s內(nèi)一段波形，在O?0.9s內(nèi)設(shè)定參考無功功率變化四次，實(shí)測的無功功率能快速跟隨設(shè)定值變化且無穩(wěn)態(tài)誤差(如圖6所示)；圖7給出了無功功率時(shí)，直流電流Idc和直流電壓Ud。的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形，注入電路的特點(diǎn)決定了直流輸出電壓有高頻輸出紋波。圖8，9，10標(biāo)出了無功功率變化時(shí)三相交流輸出電流與電源電壓的變化關(guān)系。圖11?圖15為電源不平衡狀態(tài)下的仿真運(yùn)行，仿真系統(tǒng)滿足0.1?0.5s的區(qū)間內(nèi)，U。暫降30%，0.5s?Is的區(qū)間內(nèi)Uc暫升30%，Ub暫降30%。從圖11?圖15可以看出，在電源不對稱甚至是嚴(yán)重的不對稱時(shí)四象限電流源換流器仍然可以正常工作，不過直流輸出電壓包含了低頻幅值較大的紋波，如果要降低紋波幅值，則需要加大直流電感的電感量。在0.1?0.5s的時(shí)間內(nèi)，只有U。下降30 %，從圖12中可以看出，直流電流具有低幅的紋波，無功功率和三相交流輸出電流的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)波形基本和三相電源對稱時(shí)的相應(yīng)波形一致。在0.6?0.9 s的時(shí)間內(nèi)，Uh下降30%，1]。上升30%，在這種嚴(yán)重的不對稱情況下，直流輸出電壓包含大幅值的紋波，無功功率和三相交流輸出電流的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)波形基本和三相電源對稱時(shí)的相應(yīng)波形一致。
[0059]實(shí)施例2
[0060]在本實(shí)施例中還提供了一種四象限電流源換流器的無功功率控制裝置，該裝置用于實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例及優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)進(jìn)行過說明的不再贅述。如以下所使用的，術(shù)語“模塊”可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實(shí)施例所描述的裝置較佳地以軟件來實(shí)現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實(shí)現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。
[0061]圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四象限電流源換流器的無功功率控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖16所示，該裝置包括:第一獲取模塊161，用于獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值;第二獲取模塊162，用于根據(jù)參考電流虛部值與實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量;控制模塊163，用于通過調(diào)整觸發(fā)角控制量控制該四象限電流源換流器的無功功率。
[0062]通過上述裝置，將參考電流虛部值與四象限電流源換流器的實(shí)際電流虛部值的差值輸入至比例-積分-微分控制器，輸出觸發(fā)角控制量，通過調(diào)整觸發(fā)角控制量控制該四象限電流源換流器的無功功率，相比于現(xiàn)有技術(shù)中，電流源型換流器在大容量應(yīng)用場合下常常采用PWM控制技術(shù)，不僅開關(guān)損耗會加大，而且電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生較高的應(yīng)力，上述步驟解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題。四象限電流源換流器采用多級注入式變換技術(shù)，而非常規(guī)PffM控制技術(shù)，器件開關(guān)最高工作頻率300Hz，開關(guān)動態(tài)損耗減少。通過換流器閉環(huán)功率控制器，根據(jù)實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的偏差，調(diào)整觸發(fā)角變化量的大小和/或極性，控制輸出無功功率的大小，使其接近參考值。
[0063]圖17是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二獲取模塊的結(jié)構(gòu)框圖，如圖17所示，第二獲取模塊162包括:第一輸入子模塊1621還用于將該差值輸入至比例-積分-微分控制器;第二輸入子模塊1622，用于通過該比例-積分-微分控制器輸出該觸發(fā)角控制量。
[0064]圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一獲取模塊的結(jié)構(gòu)框圖，如圖18所示，第一獲取模塊161包括:第一測量子模塊1611，用于測量四象限電流源換流器交流側(cè)的電流值和四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓相位值;第一計(jì)算子模塊1612，用于以該電壓相位值為基準(zhǔn)，根據(jù)該電流值計(jì)算得到該實(shí)際電流虛部值。
[0065]圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一獲取模塊的另一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖，如圖19所示，第一獲取模塊161還包括:第一獲取子模塊1613，用于獲取預(yù)先設(shè)定的四象限電流源換流器的參考無功功率;第二測量子模塊1614，用于測量四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓值;第二計(jì)算子模塊1615，用于根據(jù)參考無功功率和電壓值計(jì)算得到該參考電流虛部值。
[0066]圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖，如圖20所示，控制模塊163包括:調(diào)整子模塊1631，用于調(diào)整該觸發(fā)角控制量;第二獲取子模塊1632，用于根據(jù)調(diào)整的觸發(fā)角控制量獲取該四象限電流源換流器的觸發(fā)角；導(dǎo)通子模塊1633，用于根據(jù)該觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖導(dǎo)通該四象限電流源換流器的晶閘管。
[0067]圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制模塊的另一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖，如圖21所示，控制模塊163還包括:第一調(diào)整單元1634，用于在該參考電流虛部值大于零，并且該參考電流虛部值大于該實(shí)際電流虛部值的情況下，減小該觸發(fā)角控制量直至該實(shí)際電流虛部值與該參考電流虛部值的差值小于第一預(yù)定閾值;或者，第二調(diào)整單元1635，用于在該參考電流虛部值大于零，并且該參考電流虛部值小于該實(shí)際電流虛部值的情況下，增大該觸發(fā)角控制量直至該實(shí)際電流虛部值與該參考電流虛部值的差值小于第二預(yù)定閾值；或者，第三調(diào)整單元1636，用于在該參考電流虛部值小于零，并且該參考電流虛部值大于該實(shí)際電流虛部值的情況下，增大該觸發(fā)角控制量直至該實(shí)際電流虛部值與該參考電流虛部值的差值小于第三預(yù)定閾值;或者，第四調(diào)整單元1637，用于在該參考電流虛部值小于零，并且該參考電流虛部值小于該實(shí)際電流虛部值的情況下，減小該觸發(fā)角控制量直至該實(shí)際電流虛部值與該參考電流虛部值的差值小于第四預(yù)定閾值。
[0068]上述各個(gè)模塊的更進(jìn)一步的功能描述與上述對應(yīng)實(shí)施例相同，在此不再贅述。
[0069]綜上所述，通過本發(fā)明提供的一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用PWM控制技術(shù)對電流源換流器進(jìn)行無功功率控制導(dǎo)致開關(guān)損耗較大和電流源型換流器在高頻下快速切斷電流會對開關(guān)器件產(chǎn)生的應(yīng)力較大的問題。四象限電流源換流器采用多級注入式變換技術(shù)，而非常規(guī)PWM控制技術(shù)，器件開關(guān)最高工作頻率300Hz，開關(guān)動態(tài)損耗減少。通過換流器閉環(huán)功率控制器，根據(jù)實(shí)際電流虛部值與參考電流虛部值的偏差，調(diào)整觸發(fā)角變化量的大小和/或極性，控制輸出無功功率的大小，使其接近參考值。
[0070]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。
[0071]本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。
[0072]這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。
[0073]這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。
[0074]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四象限電流源換流器的無功功率控制方法，其特征在于，包括: 獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值； 根據(jù)所述參考電流虛部值與所述實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量； 通過調(diào)整所述觸發(fā)角控制量控制所述四象限電流源換流器的無功功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述參考電流虛部值與所述實(shí)際電流虛部值的差值獲取所述觸發(fā)角控制量包括: 將所述差值輸入至比例-積分-微分控制器； 通過所述比例-積分-微分控制器輸出所述觸發(fā)角控制量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述四象限電流源換流器交流側(cè)的所述參考電流虛部值包括: 測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電流值和所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓相位值； 以所述電壓相位值為基準(zhǔn)，根據(jù)所述電流值計(jì)算得到所述實(shí)際電流虛部值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述四象限電流源換流器交流側(cè)的所述參考電流虛部值包括: 獲取預(yù)先設(shè)定的所述四象限電流源換流器的參考無功功率； 測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓值； 根據(jù)所述參考無功功率和所述電壓值計(jì)算得到所述參考電流虛部值。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述通過調(diào)整所述觸發(fā)角控制量控制所述四象限電流源換流器的無功功率包括: 調(diào)整所述觸發(fā)角控制量； 根據(jù)調(diào)整的觸發(fā)角控制量獲取所述四象限電流源換流器的觸發(fā)角； 根據(jù)所述觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖導(dǎo)通所述四象限電流源換流器的晶閘管。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整所述觸發(fā)角控制量包括: 在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第一預(yù)定閾值;或者， 在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第二預(yù)定閾值;或者， 在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第三預(yù)定閾值;或者， 在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第四預(yù)定閾值。7.—種四象限電流源換流器的無功功率控制裝置，其特征在于，包括: 第一獲取模塊，用于獲取四象限電流源換流器交流側(cè)的參考電流虛部值和實(shí)際電流虛部值； 第二獲取模塊，用于根據(jù)所述參考電流虛部值與所述實(shí)際電流虛部值的差值獲取觸發(fā)角控制量； 控制模塊，用于通過調(diào)整所述觸發(fā)角控制量控制所述四象限電流源換流器的無功功率。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取模塊包括: 第一輸入子模塊，用于將所述差值輸入至比例-積分-微分控制器； 第一輸出子模塊，用于通過所述比例-積分-微分控制器輸出所述觸發(fā)角控制量。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一獲取模塊包括: 第一測量子模塊，用于測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電流值和所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓相位值； 第一計(jì)算子模塊，用于以所述電壓相位值為基準(zhǔn)，根據(jù)所述電流值計(jì)算得到所述實(shí)際電流虛部值。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一獲取模塊還包括: 第一獲取子模塊，用于獲取預(yù)先設(shè)定的所述四象限電流源換流器的參考無功功率； 第二測量子模塊，用于測量所述四象限電流源換流器交流側(cè)的電壓值； 第二計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述參考無功功率和所述電壓值計(jì)算得到所述參考電流虛部值。11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊包括: 調(diào)整子模塊，用于調(diào)整所述觸發(fā)角控制量； 第二獲取子模塊，用于根據(jù)調(diào)整的觸發(fā)角控制量獲取所述四象限電流源換流器的觸發(fā)角； 導(dǎo)通子模塊，用于根據(jù)所述觸發(fā)角產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖導(dǎo)通所述四象限電流源換流器的晶丨?管。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)整子模塊包括: 第一調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第一預(yù)定閾值;或者， 第二調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值大于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第二預(yù)定閾值;或者， 第三調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值大于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，增大所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第三預(yù)定閾值;或者， 第四調(diào)整單元，用于在所述參考電流虛部值小于零，并且所述參考電流虛部值小于所述實(shí)際電流虛部值的情況下，減小所述觸發(fā)角控制量直至所述實(shí)際電流虛部值與所述參考電流虛部值的差值小于第四預(yù)定閾值。
【文檔編號】H02J3/18GK106058881SQ201610488173
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】祁歡歡, 于弘洋, 蔡林海, 王永, 何金城, 尹曉旭, 趙國亮
【申請人】全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)浙江省電力公司, 國家電網(wǎng)公司