一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置，所述发生装置包括，模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器；模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，且两者构造相同，其结构包括：三个相单元并联，每个相单元由两个桥臂串联组成；任意一个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成；所述SM由两个IGBT开关器和一个直流储能电容并联组成。此装置能够精确控制电压跌落深度，持续时间、相位和跌落的类型，并且十分容易的可以扩展到高电压及大功率等级，满足高电压大功率的需求，对开关器件的要求不高，容易购买，价格便宜，并且输出的波形品质较优，还减少交流侧的滤波器。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及移动电网领域，特别是涉及一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置。
技术介绍
风力发电作为一种绿色可再生能源而备受关注。随着风电机组安装容量占电网比重不断增加，风力发电系统通过并网逆变器并接电网，当电网发生故障导致电压跌落一定程度时，将造成并网逆变器与电网解列；随风力发电穿透功率不断增大，若大量风力发电系统在电网故障时与电网解列，将对电网的电压和频率造成严重影响，甚至可能加剧故障程度，最终导致系统机组全部解列。因此风机在电网故障情况下的运行能力显得极为重要。我国新的电网运行准则明确要求并网型风电机组在电压跌落下一定时间内不能脱网，必须具备一定的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through, LVRT)。研究风力发电系统在电网故障下的LVRT，首先需有适合风力发电研究的电网电压跌落发生装置。电压跌落是最为常见的电网故障类型，只有准确模拟电压跌落的各种类型，即，只有能精确地控制电压跌落深度、持续时间、相位和跌落的类型，产生所需要的任意波形电压以适应不同故障条件下风电系统测试的需求，研究风力发电系统低电压穿越控制策略才有实际意义。而电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落具有不可控性，而为了开发和测试风电机组的低电压穿越能力，必须有专门的设备来模拟各种类型的电压跌落，这种设备称为电压跌落发生器(Voltage Sag Generater, VSG)。·现有技术中采用基于两电平电压源换流器的VSG。换流器采用两电平电压源，电网电压经过交-直-交变换对被测试设备供电，整流器控制输入功率因数、保持直流侧电压稳定，通过对逆变器的控制，可以产生所需要的各种类型的电压跌落波形。可行性强的电压跌落发生器方案要满足三个方面的要求高压大功率等级、实现简单和成本低。在现有技术的VSG中，当需要支持高压大功率输出时，必须扩展等级，需要采用大量开关器件直接串联，这种直接串联的连接方式对各个器件开通和关断的一致性要求很高，同时，也导致开关器件承受的应力较大。因此，这也就对开关器件的生产工艺要求苛刻，目前适用的这种开关器件，其购买价格十分昂贵，售价高达数十万美元，造成VSG的生产成本很高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术目的在于提供一种电压跌落发生装置、逆变器的控制方法及装置，能够精确控制电压跌落深度，持续时间、相位和跌落的类型，并且十分容易的可以扩展到高电压及大功率等级，满足高电压大功率的需求，对开关器件的要求不高，容易购买，价格便宜，并且输出的波形品质较优，还减少交流侧的滤波器。本专利技术提供了一种电压跌落发生装置，包括模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器；所述模块化多电平整流器和所述模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，所述模块化多电平逆变器与所述模块化多电平整流器的构造相同；其中，所述模块化多电平整流器包括第一桥臂与第二桥臂串联形成的第一相单元、第三桥臂与第四桥臂串联形成的第二相单元、第五桥臂与第六桥臂串联形成的第三相单元，三个相单元并联；六个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成，N为大于或等于I的自然数；所述SM包括两个IGBT开关器和一个直流储能电容，所述两个IGBT开关器串联后与一个直流储能电容并联。 一种逆变器的控制方法，对所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，包括检测模块化多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压；将所述三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量；分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值；分别对实际电流q轴分量与实际电流d轴分量进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压；计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压；分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，T为2 π /w，w为预设电流的角频率；对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号。优选的，所述分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值，包括通过PI比例积分调节控制器,按照公式Vd = kl (Udref-Ud)+k2 f (Uref-Ud) dt计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并按照公式Vq = k3 (Udref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值,其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。优选的，所述分别对q轴的实际电流值与d轴的实际电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压，包括按照公式V1 = Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，i,是q轴实际电流值；按照公式V2 = Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。优选的，所述计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压，包括按照公式Vl(t) = kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d 轴输出电压，其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值， Li,是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值；·按照公式V2(t)= k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到 q 轴输出电压，其中，V2(t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值， Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。优选的，所述分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，包括按照公式Vd(t) = ￥1(0+￥1(卜1'/4)，计算所述(1轴输出电压与延迟1'/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控制电压，Vl⑴是d轴输出电压，Vl(t-T/4)是延迟T/4的电压；按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压跌落发生装置，其特征在于，包括：模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器；所述模块化多电平整流器和所述模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，所述模块化多电平逆变器与所述模块化多电平整流器的构造相同；其中，所述模块化多电平整流器包括：第一桥臂与第二桥臂串联形成的第一相单元、第三桥臂与第四桥臂串联形成的第二相单元、第五桥臂与第六桥臂串联形成的第三相单元，三个相单元并联；六个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成，N为大于或等于1的自然数；所述SM包括两个IGBT开关器和一个直流储能电容，所述两个IGBT开关器串联后与一个直流储能电容并联。

【技术特征摘要】
1.一种电压跌落发生装置，其特征在于，包括 模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器； 所述模块化多电平整流器和所述模块化多电平逆变器以背靠背输电连接方式进行连接，所述模块化多电平逆变器与所述模块化多电平整流器的构造相同；其中， 所述模块化多电平整流器包括第一桥臂与第二桥臂串联形成的第一相单元、第三桥臂与第四桥臂串联形成的第二相单元、第五桥臂与第六桥臂串联形成的第三相单元，三个相单元并联； 六个桥臂，均由N个子模块SM与一个阀电抗器串联构成,N为大于或等于I的自然数；所述SM包括两个IGBT开关器和一个直流储能电容，所述两个IGBT开关器串联后与一个直流储能电容并联。2.一种逆变器的控制方法，其特征在于，对上述权利要求I所述的装置中的模块化多电平逆变器进行控制，包括 检测模块化多电平逆变器侧交流母线的三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压； 将所述三相实际电流、三相实际电压和三相参考电压分别进行坐标转换，得到实际电流的d轴分量和q轴分量、实际电压的d轴分量和q轴分量以及参考电压的d轴分量和q轴分量； 分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值； 分别对实际电流q轴分量与实际电流d轴分量进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压； 计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压； 分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，T为2 π /w，w为预设电流的角频率； 对d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标转换，得到α轴控制电压和β轴控制电压；对所述α轴控制电压和β轴控制电压进行触发脉冲生成处理，得到控制所述模块化多电平逆变器的脉冲信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别计算d轴和q轴分量的参考电压与实际电压之间的差值，并对所述差值分别进行电压调节控制，得到d轴电压调节值和q轴电压调节值，包括 通过PI比例积分调节控制器，按照公式Vd = kl (Udref-Ud) +k2 f (Uref-Ud) dt计算d轴电压调节值，其中，Vd是d轴电压调节值，kl和k2分别是调节控制系数，Udref是d轴参考电压，Ud是d轴实际电压；并 按照公式Vq = k3 (Udref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt,计算q轴电压调节值,其中，Vq是q轴电压调节值，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref分别是q轴参考电压，Uq是q轴实际电压。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别对q轴的实际电流值与d轴的实际电流值进行电流调节，得到第一调制电压和第二调制电压，包括按照公式V1 = Li,，对q轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第一调制电压，其中Vl是第一调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，iq是q轴实际电流值； 按照公式V2 = Lid，对d轴的实际电流值进行电流调节，计算得到第二调制电压，其中V2是第二调制电压，ω是预设的电流角频率，L是所述模块化多电平逆变器中单个桥臂串联电抗值的一半，id是d轴实际电流值。5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述计算所述d轴电压调节值和第一调制电压和值，得到d轴输出电压，计算q轴电压调节值与第二调制电压差值，得到q轴输出电压，包括 按照公式Vl(t) = kl (Udref-Ud) +k2 f (Udref-Ud) dt+ω Liq,计算得到 d轴输出电压，其中，Vl (t)是d轴输出电压，kl (Udref-Ud)+k2 / (Udref-Ud) dt是d轴电压调节值，ω Liq是第一调制电压，kl和k2分别是调节控制系数，Udref和Ud分别是d轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，i,是实际电流q轴值； 按照公式V2(t) = k3 (Uqref-Uq) +k4 f (Uqref-Uq) dt-ω Lid,计算得到 q轴输出电压，其中，V2(t)是q轴输出电压，k3 (Uqref-Uq)+k4 f (Uqref-Uq) dt是q轴电压调节值，ω Lid是第二调制电压，k3和k4分别是调节控制系数，Uqref和Uq分别是q轴的参考电压和实际电压，ω是预设的电流角频率，L是单个桥臂串联电抗值的一半，id是实际电流的d轴值。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别计算d轴和q轴输出电压与各自延迟T/4的电压和值，分别得到d轴控制电压和q轴控制电压，包括 按照公式Vd(t) = Vl (t)+Vl (t-T/4)，计算所述d轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到d轴控制电压，其中，Vd (t)是d轴控制电压，Vl (t)是d轴输出电压，Vl (t-T/4)是延迟T/4的电压； 按照公式Vq(t) =V2(t)+V2(t_T/4)，计算所述q轴输出电压与延迟T/4的电压和值，得到q轴控制电压，其中，Vq (t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，李江红，王坚，应婷，谭娟，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：