用于包括连接到电网的变频器的系统的控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于包括变频器和发电机的系统的方法，变频器和发电机连接到电网，该方法包括以下步骤：获得电网电压的次同步分量以及根据所述次同步分量确定阻尼电流设定点(40′、41′)，以补偿电网的次同步谐振。由调节装置(45′)确定阻尼电流设定点(40′，41′)，所述调节装置(45′)接收电网电压的次同步分量并返回阻尼电流设定点(40′，41′)作为输出。所述调节装置(45′)包括具有可变阻尼增益(46a′)的调节器，该调节器根据电网的次同步频率进行调节，以能够使所需的补偿水平适应于变频器以阻尼电网的次同步谐振。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于包括连接到电网的变频器的系统的控制方法
本专利技术涉及用于连接到电网的变频器的控制方法，更具体地说，涉及被配置为补偿可能出现在电网中的可能的次同步谐振的控制方法。
技术介绍
电网是电力供应系统的一部分，电力供应系统包含用于将由发电单元生成的电能传送到消耗点以及用于长距离传送的必要元件。现今安装的大多数电网以交流电流和电压的形式输送能量。应该提到的是，近年来以直流电流和电压形式输送能量的电网的数量由于其在长距离电网的能量效率方面提供的优势而有所增加。这能够实现是由于基于电力电子技术的变换系统所经历的发展，这些变换系统允许通过使用所谓的HVDC(高压直流电流)和HVAC(高压交流电流)变换结构使两个类型的电网(AC(交流)电网和DC(直流)电网)互连。同样，电力电子技术所经历的发展也有助于从直到现在所使用的并且主要基于大型热力、液压或核发电厂的基本发电结构向分布式发电结构转变。不断增长的分布式发电结构中的主要角色中的一个就是风力发电，在这样的发电机的安装中，风力发电在最近的十年中已经历显著增长。风力发电与电力电子技术密切相关，因为用于将机械风能变换为注入电网的电力的大多数发电机由基于电力电子技术的变换结构(称为变频器的元件)控制。变频器通过控制单元来进行控制，该控制单元主要基于通过电流和电压换能器进行的检测来执行用于控制两个电气系统之间的能量的流动的控制算法。电气系统可以是不同种类的系统(例如，它们可以是电网或电机)，并且能量的流动可以是双向的，使得如果来自电网的能量被消耗以转换成电机的轴中的机械能，则其例如表现为机动化应用(诸如泵送或通风应用)。相比之下，从电机提取并注入电网的能量例如代表发电应用(诸如风力发电应用)，其中主要能量源是使电机的轴旋转的风。电气AC电网通常主要由电缆、能量通过其流动的物理装置以及允许适应不同连接点之间的电压电平的变压器组成。这两个元件(即，电缆和变压器)主要是电感元件，因此将在现有交流电流的循环上施加阻抗，所述交流电流通过该阻抗。根据每个电网的特性，现有的电感性阻抗将有所变化，电网电缆长度是量化电感性阻抗的值时要考虑的重要参数。长度越长，电网的电感越大，并因此电感性阻抗将越大。电网中高电感性阻抗的存在将导致其传输容量损失的增加。这种现象是由于当电流在其中循环时电缆的电感性阻抗中的电压降，并且在特定情况下该电压降可能是显著的，在这些情况下，诸如长的电缆长度和高的能量消耗这样的因素(其导致通过电网的电流的高循环)被全部组合起来。已知针对具有高电感性阻抗的电网中的上述传输容量损失的问题的不同解决方案。最常用的解决方案中的一个是通过串联插入电容元件或电容器来补偿上述高电感性电网。这允许通过串联插入电容性阻抗来补偿电网的电感性阻抗特性，最终导致总的等效阻抗降低。这种技术使电网中的电压降问题最小，并因此有助于维持其能量传输能力。图1通过示例的方式示出了利用串联电容器15补偿的电网的单线电路图。构成电网的不同元件是图中通过风力发电厂描绘的中央能量生成单元13、电网传输线或电缆的等效电感14、电网中串联引入以补偿电网的等效电感的电容器15、以及电网中连接来自不同点的传输线的集线器16。在高电感性电网中串联插入电容器在提供针对电网传输容量损失的问题的解决方案时是有效的，但反过来，从已得到补偿的实际电网的稳定性的角度考虑，其具有非常重大的影响。具体地，在电感性电网中串联插入电容器使得该电网的等效电路具有根据如下所述的公式的自然谐振频率：其中：fR：补偿的电网的自然谐振频率，fO：电网的基础频率，XC：串联插入电网的电容器的电容性阻抗，以及XL：电网的电感性阻抗。根据已经应用于电网的补偿程度(即，串联插入的电容器形式的电容性阻抗相对于电网的电感性阻抗特性的百分比)，从电网的谐振频率得到的值将变化。通常在电网补偿中施加的电容性阻抗和电感性阻抗的比例通常给出小于电网的基础频率的谐振频率值。技术文献使用术语SSI(次同步相互作用)来描述具有这些特性的电网的状况。具有次同步谐振(次同步谐振电流和电压)的电网是对于集成基于拥有具有低频率机械振荡的旋转轴的发电涡轮机的发电元件是潜在危险的电网。这是具有长轴的同步发电机的情况，其是发电站的典型示例，其中沿着轴(其继而通过主要扭矩源(即，蒸汽、水等)而旋转移动)的质量分布通常具有小于与它们连接的电网的基础频率的机械振荡频率模式。在利用串联电容器的特定值补偿连接到具有上述特性的发电机的电网，使得所获得的自然次同步谐振频率与机械轴的振荡频率一致的情况下，可能对轴具有负面的影响，因为轴的机械振荡的振幅可能随着负阻尼而被放大。换句话说，随着时间的推移，将会发生振幅增大的振荡，并且可能达到可能导致发电机的轴断裂的振荡水平。这种情况对应于电气系统的两个部分(利用电容器补偿的电网和发电机)的自然相互作用的特性问题，其中同步发电机的机械质量以电网具有的次同步频率谐振。这种现象在技术文献中被称为SSR(次同步谐振)。除了上述补偿的电网的自然谐振频率与将能量注入所述电网的发电机的自然机械谐振频率相一致的可能性之外，连接到电网的变频器的日益增长的存在增加了从电网稳定性的角度来考虑的一个新的方面。这个方面是变频器与补偿的电网的控制的相互作用，可能导致通过变换器的能量流动的控制损失的现象能够使得电网本身不稳定。这种现象在文献中被称为SSCI(次同步控制不稳定性)。当对连接到利用串联电容补偿的电网的变频器的控制使得变换器像电气系统一样工作时，发生SSCI现象，其等效电阻在小于电网的基础频率的频率范围内获得负值。SSCI现象甚至可以具有类似于SSR现象的效果，但是出于此目的，必须有大量连接到补偿的电网的变频器。连接到电网的变频器的越来越广泛的使用(与利用串联电容补偿的电网的存在相结合)已经将这种潜在的危险情况变成现实。如专利文献EP2317134A2、US20130214536A1和WO2011112571A2中所描述的，如果所述相互作用放大谐振，则影响系统的谐振频率的能力可能具有负面影响，但也可用于阻尼或补偿所述影响。属于本申请人的专利文献US20130176751A1公开了一种用于包括连接到电网的变频器的系统的方法，其中影响系统的谐振频率的能力也用于阻尼或补偿次同步谐振可能引起的作用于电流设定点的负面影响。在图2中通过示例的方式示出的系统1000包括至少一个风力涡轮机900和由中央控制单元10控制的变频器4，所述中央控制单元10为变频器4的整流器5和逆变器6生成切换命令11和12。在所述专利文献US20130176751A1中公开的方法中，测量电网电压以识别存在于电网本身中的谐振频率，并将其用于变频器的调节回路，以生成用于阻尼电网中的次同步谐振的阻尼电流设定点40和41。基于电网电压38的测量，例如以如图3中所示并在下面进行说明的常规方式获得次同步分量Vxs和Vys。电网电压38通过Clarke变换42进行数学处理，并通过帕克(Parke)变换43对结果进行数学处理，生成电网电压38的矢量表示。所述矢量表示被电压次同步分量识别块44使用，为此使用允许将电网的基础频率(常规为50或60Hz)与可能存在的剩余频率区分开的滤波器。次同步分量识别块44的输出是电网电压38的次同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于包括连接到电网的变频器的系统的控制方法，所述方法至少包括以下步骤：基于电网电压(38)的检测获得所述电网电压(38)的次同步分量(Vxs、Vys)，以及根据所述次同步分量(Vxs、Vys)确定阻尼电流设定点(40′、41′)，以补偿所述电网的次同步谐振，其特征在于，所述阻尼电流设定点(40′、41′)由调节装置(45′)来确定，所述调节装置(45′)接收所述电网电压(38)的所述次同步分量(Vxs、Vys)并返回阻尼电流设定点(40′、41′)作为输出，所述调节装置(45′)包括具有至少一个可变阻尼增益(46a′)的至少一个调节器，所述至少一个可变阻尼增益(46a′)根据所述电网的次同步频率被动态地调节，使得所需的补偿水平能够适应于所述变频器(4)以阻尼所述电网的次同步谐振。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于包括连接到电网的变频器的系统的控制方法，所述方法至少包括以下步骤：基于电网电压(38)的检测获得所述电网电压(38)的次同步分量(Vxs、Vys)，以及根据所述次同步分量(Vxs、Vys)确定阻尼电流设定点(40′、41′)，以补偿所述电网的次同步谐振，其特征在于，所述阻尼电流设定点(40′、41′)由调节装置(45′)来确定，所述调节装置(45′)接收所述电网电压(38)的所述次同步分量(Vxs、Vys)并返回阻尼电流设定点(40′、41′)作为输出，所述调节装置(45′)包括具有至少一个可变阻尼增益(46a′)的至少一个调节器，所述至少一个可变阻尼增益(46a′)根据所述电网的次同步频率被动态地调节，使得所需的补偿水平能够适应于所述变频器(4)以阻尼所述电网的次同步谐振。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述系统(1000)的、反映与所述系统(1000)连接的所述电网的次同步谐振行为的至少一个电变量来调节所述阻尼增益(46a′)，所述电变量选自所述电网电压(38)的所述次同步分量(Vxs、Vys)、所述系统(1000)的能够确定零序电流的点处的零序电流、以及所述变频器(4)的总线电压(VBUS)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，至少确定所述电变量的模以基于电变量调节所述阻尼增益(46a′)，所述阻尼增益(46a′)通过调节器基于所述模来计算，所述调节器接收所述模作为输入并返回所述阻尼增益(46a′)。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，至少计算基于反映所述电网的所述次同步频率的电变量的第一阻尼增益和基于也反映所述电网的所述次同步频率的另一不同电变量的第二阻尼增益，所述电变量选自所述电网电压(38)的所述次同步分量(Vxs、Vys)、所述零序电流、以及所述变频器(4)的所述总线电压(VBUS)，从计算出的补偿增益中选择最高阻尼增益作为用于调节器(45′)的经调节的阻尼增益，所述调节器(45′)返回所述阻尼电流设定点(40′、41′)作为输出。5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过所述调节装置(45′)的第一调节器基于所述次同步分量(Vxs、Vys)中的一个来确定所述阻尼电...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·吉尔·里扎尔贝，C·基洛内斯·拉米雷斯，E·桑兹·塞巴罗斯，
申请(专利权)人：英捷电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES