适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法技术

本发明专利技术公开了适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，属于电力电子领域中的变流器控制技术。本发明专利技术应用于电解制氢系统的功率变流器，适合碱液、PEM制氢系统的并网接口变流器采用。该方法通过运行模式的切换可适应正常运行和故障穿越情景，在正常运行模式下可作为电压源支撑电解槽正常运行，在故障穿越过程中可保证变流器自身不过流。此外能够同时兼容三相对称故障和不对称故障下的最大化无功功率输出，以帮助交流电网故障恢复。以帮助交流电网故障恢复。

【技术实现步骤摘要】
适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子领域中的变流器控制
，特别是涉及适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法。

技术介绍

[0002]在国家能源转型的背景下，宽范围电解氢技术能够平抑可再生能源的波动性，实现绿色可再生能源的就地接入和消纳。为兼容现存的交流电力系统，电解制氢系统往往通过功率变流器接入低压交流配电网。根据交流电网对于低电压穿越的要求，电解制氢系统功率变流器应具备一定故障时间内不脱网运行以及无功支撑的功能，在非对称瞬时故障下，交流侧电网会相应产生不平衡的电压跌落，进而导致电解制氢系统的并网点产生负序电压。而负序电压的存在使得正序dq坐标系下的电压电流分量均带有二倍频的谐波，使得功率变流器的最大无功功率输出将偏离常规的参考点，单纯将有功输出控制为0并不能实现最大化的无功功率输出。因此，如何快速寻找变流器的最大无功输出参考，实现对交流电网最大无功输出是故障穿越过程中的难点之一。
[0003]例如，一种在中国专利文献上公开的“一种全功率变流器故障穿越无功控制方法、系统、介质及设备”，其公告号CN113381419A；主要针对全功率变流器并网的大型半直驱永磁同步风电机组，可以在风电机组故障运行状态下，采用变无功支持系数的控制方式，根据不同的故障电压跌落或骤升程度，实时改变无功支持系数的值，快速向电网注入无功电流支撑电网电压，可实现机组的柔性故障电压穿越，提升风电机组的并网可靠性。然而该方法主要针对同步风电机组，而非电解制氢系统与低压交流配电网接入处；同时该方法针对的是故障跌落或骤升时改用无功支持系数，而无法帮助改善功率变流器的最大无功功率输出将偏离常规的参考点等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要针对现有技术下在非对称瞬时故障下，功率变流器的最大无功功率输出将偏离常规的参考点的问题；提供了适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法；通过检测分析交流电网侧电压信号，切换双向功率变流器工作模式，在正常运行下利用直流下垂控制稳定直流侧母线电压，实现电解制氢的正常运行；在故障穿越过程中利用斜率扫描法实现最大无功输出模型的快速寻优，从而在保证变流器输出限流的情况下为交流电网提供最大无功支撑，保证多工况宽范围的电解制氢系统稳定运行。
[0005]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，包括如下步骤：S1、利用变流器交流端口的电压和电流传感器分别采样获得双向功率变流器当前交流端口电压v
t,abc
和交流侧输出电流i
vg,abc
；利用直流电压、电流传感器分别采样获得双向功率变流器直流端口电压v
dc
、直流端口电流i
dc
；S2、利用Clark变换计算αβ坐标系下的电压电流值v
t,αβ
和i
vg,αβ
，基于延时消除的正
负序提取方法，根据采样得到的电压电流值计算v
t,abc
和i
vg,abc
的正负序分量的正负序分量S3、利用同步旋转坐标系锁相环计算正序电压基准相位θ
pll
，利用Park变换计算同步旋转坐标系下的交流端口电压和电流值S4、利用电压的正负序分量和计算电压不平衡因子n
ub
，根据不平衡因子n
ub
判断双向功率变流器的工作状态，并计算变流器的电流环参考值和S5、根据计算结果，将正负序电流指令分别送入PI控制模块计算控制占空比，控制变流器开关实现故障穿越。
[0006]本专利技术提供了适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法；通过检测分析交流电网侧电压信号，切换双向功率变流器工作模式，在正常运行下利用直流下垂控制稳定直流侧母线电压，实现电解制氢的正常运行；在故障穿越过程中利用斜率扫描法实现最大无功输出模型的快速寻优，从而在保证变流器输出限流的情况下为交流电网提供最大无功支撑，保证多工况宽范围的电解制氢系统稳定运行。
[0007]作为优选，在步骤S2中根据下述公式计算正负序分量：其中，为交流电网额定频率。通过公式计算得到后续计算所需的交流电压和交流电流值。
[0008]作为优选，在步骤S4中根据下述公式计算电压不平衡因子n
ub
：
[0009]作为优选，在步骤S4中根据下述公式计算正常运行模式下电流环参考值：其中，为直流侧额定电压，m为下垂系数，K
vp
为电压环PI控制模块比例系数，K
vi
为电流环PI控制模块积分系数。
[0010]作为优选，步骤S4中，所述根据不平衡因子n
ub
判断双向功率变流器工作状态的方
法为：若n
ub
<n
Th
且其中，V
*
为交流端口额定电压幅值，n
Th
和η
Th
分别为对应的故障检测阈值，则双向功率变流器工作在下垂控制模式下，变流器的电流环参考值由直流下垂环和电压外环的PI控制模块计算得到；若n
ub
>n
Th
或n
ub
<n
Th
且则双向功率变流器工作在故障穿越模式下，以最大化无功输出为目标函数，在约束条件下构建无功参考值寻优模型，获得无功输出参考值以有功功率振荡抑制为目标计算内环电流指令利用电压不平衡因子以及电压相量的幅值判断交流侧是否存在故障。
[0011]作为优选，所述目标函数的约束条件包括：作为优选，所述目标函数的约束条件包括：可以通过约束条件来求寻优模型下的无功参考值解集，并获得最终的输出参数。
[0012]作为优选，通过无功参考值寻优模型获得无功输出参考值的方法如下：S71、构建无功参考值寻优模型分别求出各个约束条件下的无功参考值值S72、求S73、增加斜率，令S74、得到S75、判断是否大于S76、若是则将k
n
更新为k
n
＝k
n
‑1+Δk，进入下一次迭代；反之则令k
n
＝k
n
‑1‑
Δk，进入下一次迭代；S77、经过多次迭代后得到无功输出参考值
[0013]根据无功、有功参考值，在抑制有功二倍频振荡的条件下计算电流环参考值通过电流环控制器得到占空比，进而通过PWM调制控制变流器开关管。
[0014]作为优选，在步骤S4中根据下述公式计算作为优选，在步骤S4中根据下述公式计算作为优选，在步骤S4中根据下述公式计算通过公式计算得到约束条件所需参数值，方便后续的计算过程。
[0015]作为优选，在步骤S6中根据下述公式计算作为优选，在步骤S6中根据下述公式计算其中，所述所述所述所述所述所述所述所述所述所述
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点有：1、本专利技术仅需要采集本地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用变流器交流端口的电压和电流传感器分别采样获得双向功率变流器当前交流端口电压v
t,abc
和交流侧输出电流i
vg,abc
；利用直流电压、电流传感器分别采样获得双向功率变流器直流端口电压v
dc
、直流端口电流i
dc
；S2、利用Clark变换计算αβ坐标系下的电压电流值v
t,αβ
和i
vg,αβ
，基于延时消除的正负序提取方法，根据采样得到的电压电流值计算v
t,abc
和i
vg,abc
的正负序分量S3、利用同步旋转坐标系锁相环计算正序电压基准相位θ
pll
，利用Park变换计算同步旋转坐标系下的交流端口电压和电流值S4、利用电压的正负序分量和计算电压不平衡因子n
ub
，根据不平衡因子n
ub
判断双向功率变流器的工作状态，并计算变流器的电流环参考值和S5、根据计算结果，将正负序电流指令分别送入PI控制模块计算控制占空比，控制变流器开关实现故障穿越。2.根据权利要求1所述的适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，其特征在于，在步骤S2中根据下述公式计算正负序分量：其中，ω
*
为交流电网额定频率。3.根据权利要求1所述的适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，其特征在于，在步骤S4中根据下述公式计算电压不平衡因子n
ub
：4.根据权利要求1所述的适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，其特征在于，在步骤S4中根据下述公式计算正常运行模式下电流环参考值：其中，为直流侧额定电压，m为下垂系数，K
vp
为电压环PI控制模块比例系数，K
vi
为电流环PI控制模块积分系数。5.根据权利要求1所述的适用于宽范围灵活制氢的功率变流器故障穿越控制方法，其
特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：章寒冰，叶吉超，吴晓刚，赵汉鹰，张磊，胡鑫威，卢武，施进平，吕晓英，王立娜，王鸿，黄慧，郑华，韩剑，王慕宾，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，
类型：发明
国别省市：