一种可变速水电机组低电压穿越控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，它包括：步骤1、机侧变流器的控制目标为保持直流母线电压恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，q轴控制实现直流母线电压恒定；步骤2、网侧变流器控制目标为维持输出至电网的有功功率和无功功率恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定；步骤3、调速器控制目标为机组转速稳定至最优转速；解决了现有技术中存在的电网电压跌落过程中变流器直流侧母线电压上升较高、系统结构复杂、可靠性不足等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可变速水电机组低电压穿越控制方法
本专利技术属于水轮机调节方法
，又去涉及一种可变速水电机组低电压穿越控制方法。技术背景可变速水力发电机组利用全功率变流器与电网相连，保证了电网频率恒定的前提下机组转速可连续调节，从而实现了机组运行在最优效率工况点，同时能更快速度响应电网功率变化需求，对消纳间歇性与随机性强的新能源具有重要意义。在电网电压跌落故障过程中，提高机组低电压穿越能力是实现机组稳定并网运行的关键。现有技术借鉴风力发电机组的网侧变流器控制直流母线电压、机侧变流器控制机组功率、直流侧配备Crowbar电路的策略，不能充分利用水电机组旋转部件的储能能力大，输入机组功率可通过调速器进行灵活调节的特点，存在电网电压跌落过程中变流器直流侧母线电压上升较高、系统结构复杂、可靠性不足等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，以解决现有技术机组低电压穿越存在的电网电压跌落过程中变流器直流侧母线电压上升较高、系统结构复杂、可靠性不足等技术问题。本专利技术技术方案：一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，它包括：步骤1、机侧变流器的控制目标为保持直流母线电压恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，q轴控制实现直流母线电压恒定；步骤2、网侧变流器控制目标为维持输出至电网的有功功率和无功功率恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定；步骤3、调速器控制目标为机组转速稳定至最优转速。步骤1所述d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，q轴控制实现直流母线电压恒定的方法包括：步骤1.1、机侧变流器d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，第k次采样的机侧变流器d轴参考电压usd_ref(k)为：usd_ref(k)＝usd_ref(k-1)-KP_isd[isd(k)-isd(k-1)]-KI_isdisd(k)ΔT(9)；式中：k为采样次数，ΔT为采样周期，KP_isd为机侧变流器d轴电流控制环比例增益；KI_isd为机侧变流器d轴电流控制环积分增益；isd为机侧变流器d轴电流；步骤1.2、机侧变流器q轴控制实现直流母线电压恒定，第k次采样的机侧变流器q轴参考电流isq_ref(k)为：isq_ref(k)＝isq_ref(k-1)+KP_usq[edc(k)-edc(k-1)]+KI_usqedc(k)ΔT(12)；式中：KP_usq为机侧变流器q轴电压控制环比例增益；KI_usq为机侧变流器q轴电压控制环积分增益；udc_ref为变流器直流母线电压参考值；udc为变流器直流母线电压；步骤1.3、机侧变流器q轴控制实现直流母线电压恒定，第k次采样的机侧变流器q轴参考电压usq_ref(k)为：usq_ref(k)＝usq_ref(k)+KP_isq[eisq(k)-eisq(k-1)]+KI_isqeisq(k)ΔT+ωs(k)[Lsdisd(k)+ψf](15)；式中：KP_isq为机侧变流器q轴电流控制环比例增益；KI_isq为机侧变流器q轴电流控制环积分增益；isq为变流器q轴电流；ωs为发电机转子电角速度；Lsd为发电机定子d轴电感；ψf为永磁体磁链；步骤1.4、将机侧变流器d轴参考电压和q轴参考电压转换为abc坐标系下得到机侧变流器abc三相参考电压：进行PWM调制后用于控制机侧变流器。网侧变流器控制目标为维持输出至电网的有功功率和无功功率恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定的方法包括：步骤2.1、网侧变流器q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定，第k次采样的网侧变流器q轴功率控制环输出为iQ(k)为：iQ(k)＝iQ(k-1)+KP_Qgq[eQg(k)-eQg(k-1)]+KI_Qgqe(k)ΔT(19)；对输出进行限幅，得到q轴参考电流为：式中KP_Qgq为网侧变流器q轴功率控制环比例增益；KI_Qgq为网侧变流器q轴功率控制环积分增益；Qref为无功功率参考值；Qg为输出至电网的无功功率；imax为机组对系统可提供的最大电流；igq_min为网侧q轴电流最小限制值；步骤2.2、网侧变流器q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定，第k次采样的网侧变流器q轴参考电压ugq_ref(k)为：ugq_ref(k)＝ugq_ref(k-1)+KP_igq[eigq(k)-eigq(k-1)]+KI_igqeigq(k)ΔT-ωg(k)Lgdigd(k)(23)；式中KP_igq为网侧变流器q轴电流控制环比例增益；KI_igq为网侧变流器q轴电流控制环积分增益；igq为网侧变流器q轴电流；ωg为电网频率对应的同步角速度；igd为网侧变流器d轴电流；Lgd为滤波电感的d轴分量；步骤2.3、网侧变流器d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，第k次采样的网侧变流器d轴功率控制环输出为iP(k)为：iP(k)＝iP(k-1)+KP_Pgd[ePg(k)-ePg(k-1)]+KI_PgdePg(k)ΔT(26)；对输出进行限幅，得到d轴参考电流为：式中，KP_Pgd为网侧变流器d轴功率控制环比例增益；KI_Pgd为网侧变流器d轴功率换积分增益；Pref为有功功率参考值；Pg为输出至电网的有功功率；步骤2.4、网侧变流器d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，第k次采样的网侧变流器d轴参考电压ugd_ref(k)为：ugd_ref(k)＝ugd_ref(k-1)+KP_igd[eigd(k)-eigd(k-1)]+KI_igdeigd(k)ΔT+ωg(k)Lgqigq(k)+eg(k)(30)；式中，KP_igd为网侧变流器d轴电流控制环比例增益；KI_igd为网侧变流器d轴电流控制环积分增益；igd为网侧变流器d轴电流；igq为网侧变流器q轴电流；Lgq为滤波电感的q轴分量；eg为电网电压；步骤2.5、将网侧变流器d轴参考电压和q轴参考电压转换为abc坐标系下得到网侧变流器abc三相参考电压：进行PWM调制后用于控制网侧变流器。步骤3所述调速器控制目标为机组转速稳定至最优转速的方法包括：步骤3.1、调速器控制机组转速稳定至最优转速，最优转速发生器输出的最优转速ωr为：式中，H1、H2为水轮机最优转速数据表中插值点附近各点的水头值；P1、P2为水轮机最优转速数据表中插值点附近各点的有功功率值；ω1、ω2、ω3、ω4为水轮机最优转速数据表中插值点附近各点的最优转速值；步骤3.2、调速器输出值为YPID(s)＝YP(s)+YI(s)+YD(s)(33)；式中，YP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，它包括：/n步骤1、机侧变流器的控制目标为保持直流母线电压恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，q轴控制实现直流母线电压恒定；/n步骤2、网侧变流器控制目标为维持输出至电网的有功功率和无功功率恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定；/n步骤3、调速器控制目标为机组转速稳定至最优转速。/n

【技术特征摘要】
1.一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，它包括：
步骤1、机侧变流器的控制目标为保持直流母线电压恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，q轴控制实现直流母线电压恒定；
步骤2、网侧变流器控制目标为维持输出至电网的有功功率和无功功率恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定；
步骤3、调速器控制目标为机组转速稳定至最优转速。


2.根据权利要求1所述的一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，其特征在于：步骤1所述d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，q轴控制实现直流母线电压恒定的方法包括：
步骤1.1、机侧变流器d轴控制实现永磁同步发电机d轴电流为0，第k次采样的机侧变流器d轴参考电压usd_ref(k)为：
usd_ref(k)＝usd_ref(k-1)-KP_isd[isd(k)-isd(k-1)]-KI_isdisd(k)ΔT(9)；
式中：k为采样次数，ΔT为采样周期，KP_isd为机侧变流器d轴电流控制环比例增益；KI_isd为机侧变流器d轴电流控制环积分增益；isd为机侧变流器d轴电流；
步骤1.2、机侧变流器q轴控制实现直流母线电压恒定，第k次采样的机侧变流器q轴参考电流isq_ref(k)为：
isq_ref(k)＝isq_ref(k-1)+KP_usq[edc(k)-edc(k-1)]+KI_usqedc(k)ΔT
(12)；
式中：KP_usq为机侧变流器q轴电压控制环比例增益；KI_usq为机侧变流器q轴电压控制环积分增益；udc_ref为变流器直流母线电压参考值；udc为变流器直流母线电压；
步骤1.3、机侧变流器q轴控制实现直流母线电压恒定，第k次采样的机侧变流器q轴参考电压usq_ref(k)为：
usq_ref(k)＝usq_ref(k)+KP_isq[eisq(k)-eisq(k-1)]+KI_isqeisq(k)ΔT+ωs(k)[Lsdisd(k)+ψf]
(15)；
式中：KP_isq为机侧变流器q轴电流控制环比例增益；KI_isq为机侧变流器q轴电流控制环积分增益；isq为变流器q轴电流；ωs为发电机转子电角速度；Lsd为发电机定子d轴电感；ψf为永磁体磁链；
步骤1.4、将机侧变流器d轴参考电压和q轴参考电压转换为abc坐标系下得到机侧变流器abc三相参考电压：



进行PWM调制后用于控制机侧变流器。


3.根据权利要求1所述的一种可变速水电机组低电压穿越控制方法，其特征在于：网侧变流器控制目标为维持输出至电网的有功功率和无功功率恒定，采用转子磁链方向的双闭环控制，其中d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定的方法包括：
步骤2.1、网侧变流器q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定，第k次采样的网侧变流器q轴功率控制环输出为iQ(k)为：
iQ(k)＝iQ(k-1)+KP_Qgq[eQg(k)-eQg(k-1)]+KI_Qgqe(k)ΔT
(19)；
对输出进行限幅，得到q轴参考电流为：



式中KP_Qgq为网侧变流器q轴功率控制环比例增益；KI_Qgq为网侧变流器q轴功率控制环积分增益；Qref为无功功率参考值；Qg为输出至电网的无功功率；imax为机组对系统可提供的最大电流；igq_min为网侧q轴电流最小限制值；
步骤2.2、网侧变流器q轴控制实现机组输出至电网无功功率恒定，第k次采样的网侧变流器q轴参考电压ugq_ref(k)为：
ugq_ref(k)＝ugq_ref(k-1)+KP_igq[eigq(k)-eigq(k-1)]+KI_igqeigq(k)ΔT-ωg(k)Lgdigd(k)
(23)；
式中KP_igq为网侧变流器q轴电流控制环比例增益；KI_igq为网侧变流器q轴电流控制环积分增益；igq为网侧变流器q轴电流；ωg为电网频率对应的同步角速度；igd为网侧变流器d轴电流；Lgd为滤波电感的d轴分量；
步骤2.3、网侧变流器d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，第k次采样的网侧变流器d轴功率控制环输出为iP(k)为：
iP(k)＝iP(k-1)+KP_Pgd[ePg(k)-ePg(k-1)]+KI_PgdePg(k)ΔT
(26)；
对输出进行限幅，得到d轴参考电流为：



式中，KP_Pgd为网侧变流器d轴功率控制环比例增益；KI_Pgd为网侧变流器d轴功率换积分增益；Pref为有功功率参考值；Pg为输出至电网的有功功率；
步骤2.4、网侧变流器d轴控制实现机组输出至电网有功功率恒定，第k次采样的网侧变流器d轴参考电压ugd_ref(k)为：
ugd_ref(k)＝ugd_ref(k-1)+KP_igd[eigd(k)-eigd(k-1)]+KI_igdeigd(k)ΔT+ωg(k)Lgqigq(k)+eg(k)
(30)；
式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏立，毛成，沈春和，文贤馗，谢文经，陈满华，李林峰，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52