本发明专利技术公开了一种低电压穿越下变流器的控制系统及其控制方法，所述的系统包括控制器和相位跟踪器，所述的控制器接收电网电压信号、有功功率命令、无功功率命令和来自相位跟踪器的控制相位参考信号，电网电压信号代表风电机组输出终端或变流器电压和电流的信号；所述的相位跟踪器配备穿越事件检测器穿越事件检测器是一个电压比较器，其比较电网电压信号和预设标准的参考电压。本发明专利技术采用了穿越事件监测、锁相环技术和相位跟踪的新型控制方法，使得该控制系统不仅在电网出现低电压故障时能够保证风电机组不脱网，而且在零电压时也能使风力发电机组保持挂网，并能向电网提供无功，支撑电网电压，在故障结束后，能快速地按照要求向电网提供有功恢复。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子控制
，特别是。
技术介绍
电网正常运行时，不可避免地会受到一些扰动，有时这些扰动使电网或其它电力系统的电压有较大的跌落，跌落时间比较短，一般少于500ms。大体上这些扰动是由于输电系统或配电系统某个地方的故障而引起，这些故障普遍地是由于设备故障、恶劣天气、电力事故或其他因素引起的单相或多相接地或短路。当大负荷用电时，例如特大型电机或大型电厂突然脱网时也能导致电压很显著的跌落。其它情况，例如电容的投切也能导致小故障的发生。在任何情况下，无论是发生小故障还是大故障，这些故障都会在电网的不同点导致低电压或零电压的情况出现。在低压或零电压出现后，如何让向电网供电的电源作出相应的响应是电源运行人员应该着重考虑的问题。对于小电源，例如单台风电机组和小型风场、家用太阳能系统和柴油发电机等，当电压跌落一定幅值和持续一段时间时，其脱网是可以接受。大体上，这个比例的配置是可以接受的，因为由这些小电源提供的电能总数量相对电网中其他电源(如火电厂和核电厂等)提供的电能所占份额是很小的。对于这样小比例的电能，其脱网对电网的故障后的恢复能力基本上没影响。随着能源需求 的不断增加和新能源的不断发展，使得电网中的这些小电源的电能比例在不断的增加，保证这些电源的不脱网，尤其是故障和浪涌发生时不脱网变得越来越重要，因为大量产生电能的电源脱网能够加剧电网对这些故障的响应。严重时的频率波动或者电源系统的不稳定能够导致大面积的崩溃，从而影响大量的用电终端用户。因此电网的运营商开始要求这些电源像传统电源一样，能够保持联网并在低电压或零电压的情况下不脱网。当电网电压跌落时，风电机组的产生的能量不能完全送到电网，使得变流器的直流侧的电容上的输入和输出有功出现不平衡，导致直流母线电压升高，直流电容储能增加。为了处理掉这些多余的能量并保证变流器的直流环节不因为超过极限电压而烧毁，目前变流器普遍采取的方式在直流侧并联卸荷电阻等来提高变流器的低电压穿越能力，采取的控制方法是当直流电容上累积的能量导致直流环节上的电压超过电容能承受的电压的上限Udcmax时或不平衡有功功率ΔΡ大于卸荷电阻动作的阈值Pt时，卸荷电阻投入使用，将多余的能量通过卸荷电阻消耗掉，同时使网侧变流器运行在STATC0M模式来对电网进行无功支撑。当八？<?1且仏。<^。_时，卸荷电阻退出。此方法不仅需要附带庞大的卸荷电阻，而且过分依赖卸荷电阻去消耗多余的功率，使得目前的变流器整体的发热量非常大，对设备的散热性能提出了较高的要求。问题更加突出的是变流器的这种控制方法使得风电机组对抵抗电网电压跌落的深度和持续时间的能力有限。对更严格的零电压跌落处理起来有些困难。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术设计了一种在不增大变流器体积和发热量的情况下，使变流器能够抵抗电网电压高深度和长时间的跌落的低电压穿越控制系统和控制方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:一种低电压穿越下变流器的控制系统，包括控制器和相位跟踪器，所述的控制器接收电网电压信号、有功功率命令、无功功率命令和来自相位跟踪器的控制相位参考信号，所述的电网电压信号代表风电机组输出终端或变流器电压和电流的信号；控制器应用数字处理器或其它数字设备中的控制代码；所述的相位跟踪器配备穿越事件检测器，穿越事件检测器设计和配置成当电网电压跌落到预设标准以下时通过电网电压信号来检测事故；穿越事件检测器是一个电压比较器，其比较电网电压信号和预设标准的参考电压；所述的相位跟踪器还包括锁相环，所述的锁相环包括相位检测器、环路滤波器和压控振荡器，所述的压控振荡器产生AC参考信号作为相位误差信号的函数；相位检测器是一个乘法器，将AC参考信号和AC电压信号相乘,其输出检测信号是AC电压信号和AC参考信号之间相位差值的函数；环路滤波器的输出是相位误差信号。一种低电压穿越下变流器的控制方法，包括以下步骤:A、当电网电压跌落到预设标准以下时，穿越事故监测器通过电网电压信号检测到事故。B、穿越事件检测器触发相位跟踪器冻结控制相位参考信号的频率和电流值，该值为检测到穿越事故当时的值，使相位跟踪器缓慢跟踪电网。C、锁相环检测到AC电压信号降落到预设值以下，设置相位误差信号或检测信号的值为零来冻结相位参考信号，控制其冻结时的频率。D、相位检测器使锁相环的频率和电网电压检测信号的相位跟踪响应时间函数，锁相环的速度降低来降低对相位和频率改变的响应时间。E、环路滤波器运行除去检测信号不需要的特征。F、相位跟踪器估算电网电压的相位值。G、当电压恢复到预设标准之上时，控制相位参考信号和相位参考信号得到解冻，风电机组将以非常接近于电网中电压恢复的相位和频率向电网输送电流。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:1、由于本专利技术采用了穿越事件监测、锁相环技术和相位跟踪的新型控制方法，使得该控制系统不仅在电网出现低电压故障时能够保证风电机组不脱网，而且在零电压时也能使风力发电机组保持挂网，并能向电网提供无功，支撑电网电压，在故障结束后，能快速地按照要求向电网提供有功恢复。2、由于本专利技术采用了冻结控制相位参考信号技术使得变流器中的电力电子器件的耐压和过流值选择正常值即可，而不需要将直流电容的额定电压限定值调高来存储多余的能量，降低了硬件成本。3、由于本专利技术采用了相位跟踪器缓慢跟踪电网电压的频率技术，额定频率时间常数与电网电压成比率下降，使相位跟踪器的响应时间降低到更低的值，从而该控制系统和技术使变流器能够承受电网电压跌落到正常水平以下更长的时间和更高的深度，保证风力发电机组长时间和高深度的电网故障而不脱网。4、由于本专利技术采用了环路滤波器有效的抑制了电网电压恢复时引起的直流母线电压的波动。5、由于本专利技术采用了新型控制系统使得变流器在不增加巨大的耗能硬件和散热系统的基础上，能够适应新的电网要求的情况下成本低、可靠性高、控制简单。6、由于本专利技术采用了模块式的设计使得控制系统比较灵活，可以整合风机控制的很多功能。可以是与目前专利技术的技术相关功能的简单独立的电路，可以是变流器简单的一部分，可以是风机系统的其他部件，可以是逆变器控制电路扩展部件之间的某个方面。从而设计起来可根据实际风电机组或变流器的情况来灵活架构。【附图说明】为了描述本专利技术各个方面的应用，本专利技术包含了 4副附图。其中:图1是有多种电源连接到公共电网上的电网结构图。图2是在图1中的部分风力发电机组示意图。图3是图2中与电网联接的变流器的电气原理图。图4是图3中的变流器的锁相环的原理图。图中:1、交流电电力系统，2、风力发电机组，3、变流器，4、电网，5、火电厂，6、电力用户，7、风轮系统，8、发电机，9、整流器，10、控制系统，11、变流器电路，12、变压器，13、有功功率命令，14、控制相位参考信号，15、相位跟踪器，16、锁相环，17、穿越事件监测器，18、电网电压信号，19、控制器，20、无功功率命令，21、AC电压信号，22、相位检测器，23、检测信号，24、环路过滤器，25、相位误差信号，26、中心频率信号，27、累计电路，28、合成信号，29、压控振荡器，30、相位参考信号,31、AC参考信号。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1显示了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低电压穿越下变流器的控制系统，其特征在于：包括控制器（19）和相位跟踪器（15），所述的控制器（19）接收电网电压信号（18）、有功功率命令（13）、无功功率命令（20）和来自相位跟踪器（15）的控制相位参考信号（14），所述的电网电压信号（18）代表风电机组输出终端或变流器电压和电流的信号；控制器（19）应用数字处理器或其它数字设备中的控制代码；所述的相位跟踪器（15）配备穿越事件检测器（17），穿越事件检测器（17）设计和配置成当电网电压跌落到预设标准以下时通过电网电压信号（18）来检测事故；穿越事件检测器（17）是一个电压比较器，其比较电网电压信号（18）和预设标准的参考电压；所述的相位跟踪器（15）还包括锁相环（16），所述的锁相环包括相位检测器（22）、环路滤波器（24）和压控振荡器（29），所述的压控振荡器（29）产生AC参考信号（31）作为相位误差信号（25）的函数；相位检测器（22）是一个乘法器，将AC参考信号（31）和AC电压信号（21）相乘，其输出检测信号（23）是AC电压信号（21）和AC参考信号（31）之间相位差值的函数；环路滤波器（24）的输出是相位误差信号（25）。...
【技术特征摘要】
1.一种低电压穿越下变流器的控制系统，其特征在于:包括控制器(19)和相位跟踪器(15)，所述的控制器(19)接收电网电压信号(18)、有功功率命令(13)、无功功率命令(20)和来自相位跟踪器(15)的控制相位参考信号(14)，所述的电网电压信号(18)代表风电机组输出终端或变流器电压和电流的信号；控制器(19)应用数字处理器或其它数字设备中的控制代码； 所述的相位跟踪器(15)配备穿越事件检测器(17)，穿越事件检测器(17)设计和配置成当电网电压跌落到预设标准以下时通过电网电压信号(18)来检测事故；穿越事件检测器(17)是一个电压比较器，其比较电网电压信号(18)和预设标准的参考电压； 所述的相位跟踪器(15)还包括锁相环(16)，所述的锁相环包括相位检测器(22)、环路滤波器(24)和压控振荡器(29)，所述的压控振荡器(29)产生AC参考信号(31)作为相位误差信号(25)的函数；相位检测器(22)是一个乘法器,将AC参考信号(31)和AC电压信号(21)相乘，其输出检测信号(23)是AC电压信号(21)和AC参...
【专利技术属性】
技术研发人员：方涛，宋清玉，
申请(专利权)人：一重集团大连设计研究院有限公司，中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：
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