本发明专利技术属于柔性低频交流输电技术领域，涉及一种用于低频输电的交流矩阵变频器、控制方法和参数计算方法，交换器包括：至少一个变频模块，变频模块包括多个桥臂，每个桥臂上设置若干变频子模块，变频器的工频侧采用与电网频率相关的有功功率控制模式以及与电网电压相关的无功功率控制模式；变频器的低频侧采用定交流电压幅值与定交流电压频率的控制模式；经过控制的工频侧的有功功率与经过控制的低频侧的信号进行协调配合，当低频侧的信号上升到上限时，工频侧的有功功率增大；当低频侧的信号下降至下限时，工频侧输出的有功功率降低。其解决了柔性低频系统变频器与储能相结合的问题，实现了对交流电网电压和频率的主动支撑。撑。撑。
【技术实现步骤摘要】
低频输电的交流矩阵变频器、控制方法和参数计算方法
[0001]本专利技术涉及一种低频输电的交流矩阵变频器、控制方法和参数计算方法，属于柔性低频交流输电
技术介绍
[0002]柔性低频交流输电技术是一种新型输电技术，由于输电频率降低，输电距离与外送功率水平提升，特别适用于海上风电送出。
[0003]变频器是低频系统接入工频系统的变频设备，是柔性低频交流输电的关键环节。与柔性直流系统不同，柔性低频系统无直流环节，难以通过直流储能装置实现大功率储存，无法实现交流电网频率、电压主动支撑。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种低频输电的交流矩阵变频器、控制方法和参数计算方法，其解决了柔性低频系统变频器与储能相结合的问题，实现了对交流电网电压和频率的主动支撑。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种低频输电的交流矩阵变频器，包括：至少一个变频模块，变频模块包括多个桥臂，每个桥臂上设置若干变频子模块，变频子模块包括储能电池、子模块开关、交流软启电阻、旁路断路器和变频电路，储能电池通过子模块开关与交流软启电阻、变频电路串联，旁路断路器与交流软启电阻并联。
[0006]本专利技术还公开了一种用于低频输电的交流矩阵变频器的控制方法，用于上述低频输电的交流矩阵变频器，包括以下步骤：变频器的工频侧采用与电网频率相关的有功功率控制模式以及与电网电压相关的无功功率控制模式；变频器的低频侧采用定交流电压幅值与定交流电压频率的控制模式；经过控制的工频侧的有功功率与经过控制的低频侧的信号进行协调配合，当低频侧的信号上升到上限时，工频侧的有功功率增大；当低频侧的信号下降至下限时，工频侧输出的有功功率降低。
[0007]进一步，有功功率控制模式包括变频器的工频侧虚拟惯量控制模式；无功功率控制模式包括：变频器的工频侧虚拟励磁控制模式。
[0008]进一步，变频器的工频侧虚拟惯量控制模式包括以下步骤：通过变频器有功功率的实测值与整定值相减得到功率差，功率差除以额定运行角速度后获得虚拟转动力矩；虚拟转动力矩与频率偏差产生的虚拟阻尼绕组力矩叠加，得到变频器虚拟电磁力矩；变频器虚拟电磁力矩除以虚拟转动惯量，并进行微分，获得目标电磁角速度；变频器虚拟电磁力矩与电磁角速度相乘获得电磁功率的整定值，并将其作为外环功率控制器。
[0009]进一步，变频器的工频侧虚拟励磁控制模式包括以下步骤：通过变频器工频侧与交流系统交换的无功功率整定值与实测值相减；将交流电压的整定值与实测值相减；无功功率整定值与实测值相减获得的差值与交流电压的整定值与实测值相减获得的差值乘以比例系数后叠加，获得工频侧交流电压实际整定值。
[0010]进一步，变频器的低频侧采用定交流电压幅值与定交流电压频率的控制模式采用定子模块电容电压平均值控制方法，通过控制子模块储能电池充放电维持子模块电容电压平衡。
[0011]进一步，定子模块电容电压平均值控制方法包括以下步骤：当子模块电容电压平均值V
capave
降低时，通过改变投入子模块个数调整直流电压值，使子模块储能电池增发有功功率维持直流电压。
[0012]本专利技术还公开了一种用于低频输电的交流矩阵变频器参数计算方法，用于上述任一项的用于低频输电的交流矩阵变频器控制方法，包括以下步骤：获得变频器的等效直流电压U
dc
；根据全控型器件参数和等效直流电压U
dc
，计算全桥型桥臂子模块个数；根据全桥型桥臂子模块个数，确定子模块储能电池电压以及电池电芯数；计算全桥型桥臂子模块的软启用开关电阻；根据子模块全控型器件的子模块储能电池电压、电池电芯数、开关电阻以及低频系统最大功率，计算变频器功率运行区间。
[0013]进一步，全桥型桥臂子模块个数的计算公式为：
[0014][0015]其中，N为全桥型桥臂子模块个数；V
capref
为单个子模块额定运行电压，U
dc
为等效直流电压。
[0016]进一步，全桥型桥臂子模块的软启用开关电阻的计算公式为：
[0017][0018]其中，C
SM
是子模块并联电容，τ为充电时间常数。
[0019]进一步，变频器功率运行区间的计算公式为：
[0020][0021]其中，P
dcmax
为最大有功功率极限，S
max
为联接变压器额定容量，I
armmax
为桥臂最大传输电流，I
armm_50
为桥臂电流工频分量，I
armm_20
为桥臂电流低频分量，P是交交变频器与交流系统交换的有功功率，Q是交交变频器与系统交换的无功功率。
[0022]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0023]1、本专利技术在MMMC变频器中增加储能装置，能够实现对工频交流电网的功率支撑，无需增加额外的交流储能系统，从而对工频交流电网的频率、电压进行调节。
[0024]2、本专利技术中MMMC变频器低频侧采用定交流电压频率与定交流电压幅值控制，工频侧采用具备电网频率、电压支撑能力的有功类、无功类控制方法，换流阀储能系统采用定子模块平均直流电压控制，通过上述控制方法能够实现。
[0025]3、本专利技术无需在工频或低频系统增加交流储能系统，节省一次投资成本。
[0026]4、本专利技术可以广泛应用于解决海上风电低频送出系统中柔性低频输电换流器对
工频电网的频率、电压支撑问题。
附图说明
[0027]图1是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交流矩阵变频器结构示意图；
[0028]图2是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交流矩阵变频器的子模块的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交流矩阵变频器的工频测控制框图；
[0030]图4是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交流矩阵变频器的工低频测控制框图；
[0031]图5是本专利技术一实施例中交流矩阵变频器阀控定子模块电容电压控制框图；
[0032]图6是本专利技术一实施例中交流矩阵变频器协调控制框图。
具体实施方式
[0033]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，通过具体实施例对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]为了解决现有技术中存在的柔性低频系统无直流环节，难以通过直流储能装置实现大功率储存，无法实现交流电网频率、电压主动支撑等问题，本专利技术提出了一种用于低频输电的交流矩阵变频器控制方法和参数计算方法，其通过在MMMC变频器子模块中并联储能电池，实现了变频器对工频交流电网的功率支撑，有效地解决了柔性低频变频器对工频交流电网的频率、电压支撑问题；此本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低频输电的交流矩阵变频器，其特征在于，包括至少一个变频模块，所述变频模块包括多个桥臂，每个桥臂上设置若干变频子模块，所述变频子模块包括储能电池、子模块开关、交流软启电阻、旁路断路器和变频电路，所述储能电池通过所述子模块开关与所述交流软启电阻、所述变频电路串联，所述旁路断路器与所述交流软启电阻并联。2.一种用于低频输电的交流矩阵变频器的控制方法，其特征在于：用于如权利要求1所述的低频输电的交流矩阵变频器，包括以下步骤：所述变频器的工频侧采用与电网频率相关的有功功率控制模式以及与电网电压相关的无功功率控制模式；所述变频器的低频侧采用定交流电压幅值与定交流电压频率的控制模式；经过控制的所述工频侧的有功功率与经过控制的所述低频侧的信号进行协调配合，当所述低频侧的信号上升到上限时，工频侧的有功功率增大；当所述低频侧的信号下降至下限时，工频侧输出的有功功率降低。3.如权利要求2所述的用于低频输电的交流矩阵变频器控制方法，其特征在于，所述有功功率控制模式包括变频器的工频侧虚拟惯量控制模式；所述无功功率控制模式包括：变频器的工频侧虚拟励磁控制模式。4.如权利要求3所述的用于低频输电的交流矩阵变频器控制方法，其特征在于，所述变频器的工频侧虚拟惯量控制模式包括以下步骤：通过变频器有功功率的实测值与整定值相减得到功率差，所述功率差除以额定运行角速度后获得虚拟转动力矩；所述虚拟转动力矩与频率偏差产生的虚拟阻尼绕组力矩叠加，得到变频器虚拟电磁力矩；变频器虚拟电磁力矩除以虚拟转动惯量，并进行微分，获得目标电磁角速度；所述变频器虚拟电磁力矩与电磁角速度相乘获得电磁功率的整定值，并将其作为外环功率控制器。5.如权利要求3所述的用于低频输电的交流矩阵变频器控制方法，其特征在于，所述变频器的工频侧虚拟励磁控制模式包括以下步骤：通过变频器工频侧与交流系统交换的无功功率整定值与实测值相减；将交流电压的整定值与实测值相减；无功功率整定值与实测值相减获得的差值与交流电压的整定值与实测值相减获得的差值乘以比例系数后叠加，获得工频侧交流电压实际整定值。6.如权利要求2所述的用于低频输电的交流矩阵变频器控制方法，其特征在于，所述变频器的低频侧采用定交流电压幅值与定交流电压频率...
【专利技术属性】
技术研发人员：厉璇，李明，苑宾，王秀丽，宁联辉，孟永庆，尹聪琦，张和，
申请(专利权)人：西安交通大学甘肃省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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