提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法及系统技术方案

提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法及系统，方法包括：根据变流器并网点的电压和电流，判断交流电网故障或正常以及判断故障是否清除；基于变流器的有功外环控制和无功外环控制，获取变流器内环控制指令电流初始值，计算交流电网故障或正常下变流器指令电流，对变流器电流闭环控制；基于无差拍控制，得到变流器的指令电压；对指令电压进行调制，得到交流电网故障状态或正常状态下的变流器控制脉冲。本发明专利技术提出的方法适用于风电、光伏、储能等场合，保证变流器在各种工况下不过流，同时模拟同步发电机正、负序故障电流相角特性，显著提升双高电力系统中继电保护动作性能，保障双高电力系统的稳定性。障双高电力系统的稳定性。障双高电力系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统继电保护和电压源变流器控制
，更具体地，涉及提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]大力发展以光伏和风电为代表的新能源是实现“双碳”目标的重要途径。我国新能源装机容量已超过5.3亿千瓦，位居世界第一。新能源集中送出、区域电网互联、大容量长距离输电等场景对高压直流输电的需求，使得常规和柔性直流在我国发展迅速，直输电规模超过200GW。为了应对新能源出力波动性和间歇性对电力系统频率质量及稳定性的影响，预计未来电力系统将大规模接入储能改善新能源带来的负面影响。此外，近些年柔性直流配电发展迅速，并且电力电子型负荷的占比不断增大。由此可见，电力系统的各环节都充斥着大量的电力电子装置，现代电力系统正逐步形成“高比例新能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”趋势。
[0003]无论是以双馈风力发电系统为代表的部分功率变流器还是以光伏为代表的全功率变流器，均与同步发电机的故障特征存在明显区别。电网故障时，同步发电机表现为电压源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，采集变流器并网点的电压和电流；对电压和电流进行正负序分离和坐标变换，以获得电压和电流的正序dq轴分量和负序dq轴分量；利用正、负序dq轴分量得到有功功率计算值和无功功率计算值；步骤2，根据变流器并网点的电压和电流，判断交流电网是故障状态还是正常状态；当判断为故障状态时，还需要判断故障是否已经清除；步骤3，基于变流器的有功参量外环控制和无功参量外环控制，获取变流器内环控制的指令电流初始值；步骤4，基于指令电流初始值，分别计算交流电网故障状态或正常状态下变流器的指令电流，对变流器的电流进行闭环控制；步骤5，利用步骤4所得的指令电流、步骤1采集的变流器并网点的电压和电流，基于无差拍控制，得到变流器的指令电压；对指令电压进行调制，得到交流电网故障状态或正常状态下的变流器控制脉冲。2.根据权利要求1所述的提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，步骤1包括：步骤1.1，采集变流器并网点的三相交流电压u
a
、u
b
、u
c
，采集变流器并网点的三相交流电流i
a
、i
b
、i
c
；从三相交流电压和电流中，由锁相环提取三相正序电压的角频率ω和相位θ；步骤1.2，对三相交流电压和电流做3s/2s变换，得到三相交流电压的αβ分量u
a
、u
β
，和三相交流电流的αβ分量i
a
、i
β
；其中，三相交流电压和电流做3s/2s变换，满足如下关系式：；其中，三相交流电压和电流做3s/2s变换，满足如下关系式：步骤1.3，对三相交流电压和电流的αβ分量进行正负序分离，得到三相交流电压正序αβ分量u
αp
、u
βp
，三相交流电压负序αβ分量u
αn
、u
βn
，三相交流电流正序αβ分量i
αp
、i
βp
，三相交流电流负序αβ分量i
αn
、i
βn
；其中，三相交流电压和电流的αβ分量的正负序分离，满足如下关系式：
式中，F表示电气量，即电压或电流信号；F
′
α
、F
′
β
分别为电气量αβ分量F
α
、F
β
延迟1/4工频周期得到的电气量，步骤1.4，对三相交流电压和电流的正负序αβ分量做正负序2s/2r变换，得到三相交流电压正序dq分量u
dp
、u
qp
，三相交流电压负序dq分量u
dn
、u
qn
，三相交流电流正序dq分量i
dp
、i
qp
，三相交流电流负序dq分量i
dn
、i
qn
；其中，三相交流电压和电流的正负序αβ分量做正负序2s/2r变换，满足如下关系式：2s/2r变换，满足如下关系式：步骤1.5，利用三相交流电压和电流的正负序dq分量，以如下关系式计算有功功率和无功功率：式中，P
cal
为有功功率计算值，Q
cal
为无功功率计算值。3.根据权利要求2所述的提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2.1，采集电网正常运行下的三相调制波信号e
refa
、e
refb
、e
refc
，记录并保存当前采样时刻的前一个整周期的三相调制波信号e
refa0
、e
refb0
、e
refc0
；步骤2.2，当三相电压瞬时值大于交流电压瞬变定值，则判定交流电网电压是否发生瞬变；否则，判定交流电网处于正常状态；步骤2.3，当交流电网电压发生瞬变时，分别依据下列判据对交流电网状态进行检测：1)当交流电压正序幅值小于等于低电压定值时，则判定交流电网正序电压过低；2)当交流电压正序幅值大于等于高电压定值时，则判定交流电网正序电压过高；3)当三相电压有效值差值大于交流电压不平衡定值时，则判定交流电网电压不平衡；当交流电网正序电压过低或交流电网正序电压过高或交流电网电压不平衡，则判定交流电网处于故障状态；步骤2.4，当交流电网处于故障状态时，同时依据下列判据对交流电网故障清除状态进行检测：1)当交流电压正序幅值大于低电压定值且小于高电压定值时，则判定交流电网正序电压故障已清除；2)当三相电压有效值小于交流电压不平衡定值时，则判定交流电网电压不平衡故障已清除；3)当故障清除前后负序电压和负序电流的角度差在角度差定值范围内时，则判定交流
电网电压非对称故障已经清除；当交流电网正序电压故障已清除，并且交流电网电压不平衡故障已清除，并且交流电网电压非对称故障已经清除，则判定交流电网故障已清除。4.根据权利要求3所述的提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，步骤2.2中，将三相线电压瞬时值分别与20ms前的同名线电压瞬时值相减，当各相偏差绝对值中的最大值大于交流电压瞬变定值ΔU1时，则判定交流电网电压发生瞬变，否则判定交流电网电压正常；其中，交流电压瞬变定值ΔU1取值范围为0.08pu～0.15pu；步骤2.3包括：步骤2.3.1，当交流电压正序幅值小于等于低电压定值ΔU2时，则判定交流电网正序电压过低，否则判定交流电网电压正常；其中，低电压定值ΔU2取值范围为0.8pu～1.0pu；步骤2.3.2，当交流电压正序幅值大于等于高电压定值ΔU3时，则判定交流电网正序电压过高，否则判定交流电网电压正常；其中，高电压定值ΔU3取值范围为1.0pu～1.2pu；步骤2.3.3，将任意两个线电压的有效值相减，差值的绝对值大于交流电压不平衡定值ΔU4时，则判定交流电网电压不平衡，否则判定交流电网电压正常；其中，交流电压不平衡定值ΔU4取值范围为0.08pu～0.15pu。5.根据权利要求4所述的提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，步骤2.4包括：步骤2.4.1，交流电压正序幅值大于低电压定值ΔU2且小于高电压定值ΔU3，并且状态持续时间为T，则判定交流电网正序电压故障已经清除，否则判定交流电网正序电压故障未清除；其中，状态持续时间T取值范围为10ms～30ms；步骤2.4.2，将任意两个线电压的有效值相减，差值绝对值的最大值不超过交流电压不平衡给定值ΔU4且状态持续时间为T，则判定交流电网电压不平衡故障已经清除，否则判定交流电网正序电压故障未清除；其中，状态持续时间T取值范围为10ms～30ms；步骤2.4.3，基于步骤2.4.2的判定结果，当故障清除前后负序电压和负序电流的角度差在角度差定值范围内时，则判定交流电网电压非对称故障已经清除，满足如下关系式：90
°‑
x＜∠I
n
‑
∠U
n
＜90
°
+x式中，∠I
n
为负序电流的角度，∠U
n
为负序电压的角度，x为角度判据定值，取值范围为30
°
～60
°
。6.根据权利要求2所述的提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3.1，利用有功功率计算值P
cal
和有功功率目标值P
ref
，对变流器进行有功功率外环
控制；步骤3.2，利用直流侧电压测量值U
dc
和直流侧电压目标值U
dcref
，对变流器进行直流侧电压外环控制；步骤3.3，利用无功功率计算值Q
cal
和无功功率目标值Q
ref
对变流器进行无功功率外环控制；步骤3.4，交流电网正常状态下，以有功外环控制的输出电流i
′
dpref
作为d轴正序指令电流i
dpref
的初始值、以无功功率外环控制的输出电流i
′
qpref
作为q轴正序指令电流i
qpref
的初始值。7.根据权利要求6所述的提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法，其特征在于，步骤3.1中，变流器有功功率外环控制，满足如下关系式：式中，P
PI
为PI控制器的输出信号，即有功功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅红明，于华龙，王一，王继慷，刘树，张月品，张效宇，操丰梅，孙刚，徐可寒，杜兆强，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：