风电场融冰型SVG控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及风电场融冰型SVG(StaticVarGenerator，静止无功发生器/高压动态无功补偿发生装置)控制系统及方法。

背景技术

在中国南方地区，风电场多建在高山上，微气象微地形明显，风电场集电线路、送电线路较一般线路更容易覆冰，严重时会造成线路倒塔断线，风电无法外送，以致长时间弃风。电流融冰是目前应对线路覆冰最为有效的手段，通过对风电场进行电流融冰可有效解决覆冰造成的弃风问题。而风电场建设均标配有SVG动态无功补偿装置，利用SVG实现直流电压输出融冰，可有效减少融冰设备投资。由于风电场融冰功率存在不稳定，而现有SVG控制算法，仅需考虑装置自身控制，并未兼顾系统级控制，使得现有SVG控制算法并不能准确控制风电场融冰。

发明内容

本发明提供了风电场融冰型SVG控制系统及方法，用于现有SVG控制算法并不能准确控制风电场融冰的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电场融冰型SVG控制系统，包括系统控制组件以及装置控制组件；

系统控制组件用于生成各个功率模块对应的参考三相瞬时电流，并将各个功率模块对应的参考三相瞬时电流输送给各个功率模块对应的装置控制组件；

装置控制组件用于接收对应的功率模块对应的参考三相瞬时电流，并根据参考三相瞬时电流对其对应的功率模块的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲，通过控制脉冲控制对应的功率模块。

优选的，系统控制组件包括压控振荡器、同步相位角生成模块以及参考电流生成模块；

压控振荡器用于生成基准相位三相电压，并将基准相位三相电压输送给同步相位角生成模块；

同步相位角生成模块用于接收并对基准相位三相电压进行d-q变换，并将变换后的基准相位三相电压进行低通滤波得到正序电压的d轴分量和q轴分量，再根据正序电压的d轴分量和q轴分量计算正序电压的同步相位角，并将同步相位角发送给参考电流生成模块；

参考电流生成模块用于接收同步相位角，还用于对功率模块的负荷电流进行d-q变换，得到负荷电流的基波正序q轴分量、基波负序d轴分量和基波负序q轴分量，并根据同步相位角将基波正序q轴分量、基波负序d轴分量和基波负序q轴分量转化为三相瞬时参考电流。

优选的，装置控制组件包括瞬时电流跟踪模块以及控制脉冲生成模块，瞬时电流跟踪模块用于从参考电流生成模块获取三相瞬时参考电流，并根据三相瞬时参考电流对功率模块对应的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并将补偿后的实时三相瞬时电流输送给控制脉冲生成模块，控制脉冲生成模块用于接收补偿后的实时三相瞬时电流，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲。

优选的，瞬时电流跟踪模块包括：比例控制单元、结合单元以及连接电抗，比例控制单元用于将参考三相瞬时电流与对应的实时三相瞬时电流进行比例控制，生成三相反馈量；将三相反馈量发送给结合单元，结合单元用于接收三相反馈量，并将三相反馈量与接收到的并网点的实时三相瞬时电压结合，生成参考三相瞬时电压，并将参考三相瞬时电压输送给连接电抗生成补偿后的实时三相瞬时电流。

优选的，控制脉冲生成模块用于接收补偿后的实时三相瞬时电流，并将补偿后的实时三相瞬时电流进行载波移相SPWM(SinusoidalPWM，正弦脉宽调制)，生成功率模块对应的控制脉冲。

优选的，还包括全局控制模块，全局控制模块用于获取参考三相瞬时电压、对应的SVG总直流电压以及实时三相瞬时电压，并将参考三相瞬时电压、对应的SVG总直流电压以及实时三相瞬时电压进行PI(proportionalintegralcontroller，比例调节和积分调节)计算，得到有功功率控制量P

优选的，还包括模间控制模块，模间控制模块用于获取同相内各个待控制模块输出的直流电压，并通过脉冲调整/脉冲轮换/功率注入保持同相内各功率模块间的直流电压平衡。

一种风电场融冰型SVG控制方法，包括以下步骤：

获取各个功率模块对应的参考三相瞬时电流，并根据参考三相瞬时电流对其对应的功率模块的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲，通过控制脉冲控制对应的功率模块。

优选的，获取各个功率模块对应的参考三相瞬时电流，包括以下步骤：

获取基准相位三相电压，对基准相位三相电压进行d-q变换；将变换后的基准相位三相电压进行低通滤波得到正序电压的d轴分量和q轴分量，根据正序电压的d轴分量和q轴分量计算正序电压的同步相位角；

将参考三相瞬时电压、对应的SVG总直流电压以及实时三相瞬时电压进行PI计算，得到有功功率控制量P

对功率模块的负荷电流进行d-q变换，得到负荷电流的基波正序q轴分量、基波负序d轴分量和基波负序q轴分量；

根据同步相位角将正序有功参考电流相量I

优选的，根据参考三相瞬时电流对其对应的功率模块的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲，包括以下步骤：

将参考三相瞬时电流与对应的实时三相瞬时电流进行比例控制，生成三相反馈量；

将三相反馈量与并网点的实时三相瞬时电压结合，生成参考三相瞬时电压，并根据参考三相瞬时电压生成补偿后的实时三相瞬时电流；

将补偿后的实时三相瞬时电流进行载波移相SPWM，生成功率模块对应的控制脉冲。

本发明具有以下有益效果：

本发明中的风电场融冰型SVG控制系统及方法，能对风电场融冰型SVG实现系统级、装置级和分层控制，实现了融冰型SVG从系统功能到装置性能多方位精准有效控制。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例中的瞬时电流跟踪模块的结构图；

图2是本发明优选实施例中的附加电压控制方法的流程图；

图3是本发明优选实施例中的风电场融冰型SVG控制系统的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

本发明公开了一种风电场融冰型SVG控制系统，包括系统控制组件以及装置控制组件；

系统控制组件用于生成各个功率模块对应的参考三相瞬时电流，并将各个功率模块对应的参考三相瞬时电流输送给各个功率模块对应的装置控制组件；

装置控制组件用于接收对应的功率模块对应的参考三相瞬时电流，并根据参考三相瞬时电流对其对应的功率模块的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲，通过控制脉冲控制对应的功率模块。

另外，在本实施例中，本发明还公开了一种风电场融冰型SVG控制方法，包括以下步骤：

获取各个功率模块对应的参考三相瞬时电流，并根据参考三相瞬时电流对其对应的功率模块的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲，通过控制脉冲控制对应的功率模块。

本发明中的风电场融冰型SVG控制系统及方法，能对风电场融冰型SVG实现系统级、装置级和分层控制，实现了融冰型SVG从系统功能到装置性能多方位精准有效控制。

实施例二：

实施例二是实施例的拓展实施例，其与实施例一的不同之处在于，对于风电场融冰型SVG控制系统的结构和功能进行了细化，风电场融冰型SVG控制方法的具体步骤进行了细化。

在本实施例中，公开了一种风电场融冰型SVG控制系统包括：

系统控制组件以及装置控制组件以及模块控制组件，系统控制组件用于生成各个功率模块对应的参考三相瞬时电流，并将各个功率模块对应的参考三相瞬时电流输送给各个功率模块对应的装置控制组件；装置控制组件用于接收对应的功率模块对应的参考三相瞬时电流，并根据参考三相瞬时电流对其对应的功率模块的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲，通过控制脉冲控制对应的功率模块。模块控制组件用于维持每个功率模块中直流电压稳定。

其中，系统控制组件包括压控振荡器、同步相位角生成模块以及参考电流生成模块；

压控振荡器用于生成基准相位三相电压，并将基准相位三相电压输送给同步相位角生成模块；

同步相位角生成模块用于接收并对基准相位三相电压进行d-q变换，并将变换后的基准相位三相电压进行低通滤波得到正序电压的d轴分量和q轴分量，再根据正序电压的d轴分量和q轴分量计算正序电压的同步相位角，并将同步相位角发送给参考电流生成模块；

参考电流生成模块用于接收同步相位角，还用于对功率模块的负荷电流进行d-q变换，得到负荷电流的基波正序q轴分量、基波负序d轴分量和基波负序q轴分量，并根据同步相位角将基波正序q轴分量、基波负序d轴分量、基波负序q轴分量以及从模块控制组件获取的正序有功参考电流相量I

装置控制组件包括瞬时电流跟踪模块以及控制脉冲生成模块，瞬时电流跟踪模块用于从参考电流生成模块获取三相瞬时参考电流，并根据三相瞬时参考电流对功率模块对应的实时三相瞬时电流进行比例反馈补偿，并将补偿后的实时三相瞬时电流输送给控制脉冲生成模块，控制脉冲生成模块用于接收补偿后的实时三相瞬时电流，并根据补偿后的实时三相瞬时电流生成控制脉冲。

其中，瞬时电流跟踪模块包括：比例控制单元、结合单元以及连接电抗，比例控制单元用于将参考三相瞬时电流与对应的实时三相瞬时电流进行比例控制，生成三相反馈量；将三相反馈量发送给结合单元，结合单元用于接收三相反馈量，并将三相反馈量与接收到的并网点的实时三相瞬时电压结合，生成参考三相瞬时电压，并将参考三相瞬时电压输送给连接电抗生成补偿后的实时三相瞬时电流。

在本实施例中，瞬时电流跟踪模块包括3个子模块，分别用于对实时三相瞬时电流中的A相瞬时电流进行跟踪和补偿的A相子模块、用于对实时三相瞬时电流中的B相瞬时电流进行跟踪和补偿的B相子模块以及用于对实时三相瞬时电流中的C相瞬时电流进行跟踪和补偿的C相子模块；

其中，如图1所示，每个子模块均包括比例控制单元、结合单元以及连接电抗，比例控制单元用于将参考三相瞬时电流中对应的参考单相瞬时电流与实时三相瞬时电流中对应的实时单相瞬时电流进行比例控制，生成对应的单相反馈量；将对应的单相反馈量发送给同子模块内的结合单元，同子模块内的结合单元用于接收对应的单相反馈量，并将对应的单相反馈量与接收到的并网点的实时三相瞬时电压中对应的单相瞬时电压结合，生成对应的单相参考瞬时电压，并将对应单相参考瞬时电压输送给同子模块的连接电抗生成对应的实时单相瞬时电流i。

在优选方案中，如图2所示，还可以采用附加电压控制的方法生成各相参考瞬时电压，具体方法如图2所示，以A相为例，各附加电压环分别生成并加入到该相的参考电压中去，形成新的参考电压。各附加电压环限幅在总参考电压的2％以内。

控制脉冲生成模块用于接收补偿后的实时三相瞬时电流，并将补偿后的实时三相瞬时电流进行载波移相SPWM，生成功率模块对应的控制脉冲。

具体的，控制脉冲生成模块采用载波移相SPWM生成脉冲，左桥臂和右桥臂载波相差180度，通过相移产生不同的载波相位，为各模块生成三角载波，同相内相邻模块间的载波相位相差载波的1/N。将三角载波与参考波进行比较，并经过死区处理，得到H桥的各IGBT脉冲。

模块控制组件包括全局控制模块和模间控制模块，全局控制模块通过有功电流给三相注入有功功率，能将全局的直流电压控制在目标水平，模间控制模块通过脉冲调整、脉冲轮换或功率注入的控制方法可以保持同相内各功率模块间的直流电压平衡。

全局控制模块用于获取并将参考三相瞬时电压、对应的SVG总直流电压以及实时三相瞬时电压进行PI计算，得到有功功率控制量P

模间控制模块用于获取同相内各个待控制模块输出的直流电压，并通过脉冲调整/脉冲轮换/功率注入保持同相内各功率模块间的直流电压平衡。

由于引起各链节直流电压不平衡的因素主要包括：触发脉冲的延时、电容参数的不同、电力电子器件开关特性的差异，以及谐波损耗的差异等，这些因素是物理上存在或控制方法上无法避免的。若各链节直流电压有差异，在同样的调制比下，各链节输出的交流电压波形有差异，从而会造成输出总电压波形的畸变，若链节间直流电压失衡较严重，可能会导致器件损坏，通过脉冲调整、脉冲轮换或功率注入的控制方法可以保持同相内链节间的直流电压平衡。

此外，在本实施例中还公开了一种风电场融冰型SVG控制方法，包括以下内容：

(1)系统级控制：融冰型SVG系统级控制实现从控制目标到无功或直流融冰参考电流的指令生成，各种功能控制方式可通过界面进行切换。系统级控制主要包括：a)生成同步相位角：根据压控振荡器生成的基准相位三相电压进行dq变换，进行butterworth低通滤波后得到正序d轴分量和q轴分量，从而得到正序电压的同步相位角phs1。b)负荷电流dq变换：根据正序电压的同步相位，对负荷电流进行旋转变换，得到负荷电流的基波正序q轴分量、基波负序d轴和q轴分量，即I

(2)装置级控制：融冰型SVG装置级控制实现从参考电流到各功率模块控制脉冲的输出。主要包括瞬时电流跟踪算法和载波移相方法。装置级控制主要包括如下控制环节：a)瞬时电流跟踪：参考电流和实际输出电流的差值经过比例控制环节后，与并网点电压结合生成参考电压，经过连接电抗的作用，输出电流到系统中。b)脉冲发生：采用载波移相SPWM生成脉冲，左桥臂和右桥臂载波相差180度，通过相移产生不同的载波相位，为各模块生成三角载波，同相内相邻模块间的载波相位相差载波的1/N。将三角载波与参考波进行比较，并经过死区处理，得到各功率模块内IGBT所需的控制脉冲。

(3)模块级控制：融冰型SVG模块级控制维持每个功率模块中直流电压稳定，融冰型SVG功率模块直流电压平衡主要包括全局平均直流控制和功率模块间直流电压平衡。模块级控制主要包括如下控制环节：a)三相总直流电压控制：通过有功电流给三相注入有功功率，能将三相直流电压控制在目标水平。将参考电压U

如图3所示，在优选方案中，本实施例中的风电场融冰型SVG控制方法提出五种控制模式：区域电压无功协调控制模式、远方控制模式、稳态调压模式和恒无功输出模式解决系统无功电压问题；直流融冰控制模式解决覆冰线路直流融冰问题。五种控制模式之间的协调和切换由一个统一的控制模式选择模块管理。控制模式所需的电网系统信息由电压电流测量-预处理-故障判断模块提供。控制模式的选取逻辑可以通过人机界面调整，此外，通过人机界面还可以设定各种控制模式中的控制参数。根据系统运行情况和控制模式选取得到的无功或融冰参考值输入到参考电流计算模块，结合接入点电压信息，计算出融冰型SVG需输出的电流参考值，送至装置级控制器形成装置级控制，据此产生逆变器驱动脉冲，最后通过模块级控制维持每个功率模块直流电压稳定。

综上可知，本发明按优先级实现多重控制目标，控制层次清晰，既能满足风电场电压无功调控要求，又可实现覆冰线路融冰；

本发明对风电场融冰型SVG实现系统级、装置级和模块级分层控制，实现了融冰型SVG从系统功能到模块性能多方位精准有效控制；

分层控制方法实现了SVG多功能及互相协同运行控制，提高了设备利用率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。