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专利号: 2024115273166
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-04-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.近距离两端低压直流输电系统的低电压故障穿越协调控制方法,其特征在于,位于送电端的两级式电路从交流网侧向直流输电线路侧输送有功功率,带有第四桥臂的T型三电平并网变换器工作于PWM整流状态来稳定两级式电路间正负母线电压,DAB变换器工作于移相工作模式来稳定直流输电线路母线电压,从而实现送电端侧低电压故障穿越协调控制;位于受电端的两级式电路从直流输电线路侧吸收送电端输送的有功功率以及向受电端的交流网侧输送无功功率,DAB变换器工作于移相工作模式来稳定两级式电路间正负母线电压,带有第四桥臂的T型三电平并网变换器工作于PWM逆变状态来进行受电端侧低电压故障穿越协调控制;

送电端侧低电压故障穿越协调控制的过程如下:

步骤1,送电端低压直流输电系统参数初始化;

步骤2,给定正常工作时两级式电路间正负母线电压参考值Upn_ref_T、直流输电线路母线电压参考值Udc_ref、受电端发生低电压故障时直流输电线路母线电压上限阈值Udc_max;

步骤3,采集送电端的交流电网三相电压ua_T、ub_T、uc_T,带有第四桥臂的T型三电平并网变换器的三相滤波电感电流ia_T、ib_T、ic_T,两级式电路间正负母线电压upn_T、两级式电路间正负母线输出电流ipn_T、直流输电线路母线电压udc;

步骤4,当直流输电线路母线电压udc小于上限阈值Udc_max时,两端低压直流输电系统均处于正常工作状态,跳转至步骤5;当直流输电线路母线电压udc大于等于上限阈值Udc_max时,受电端低压直流输电系统处于低电压故障穿越状态,跳转至步骤7;

步骤5,带有第四桥臂的T型三电平并网变换器处在正常工作状态,采用比例谐振控制对三相滤波电感电流ia_T、ib_T、ic_T进行调节,作为电流内环控制,采用PI控制对两级式电路间正负母线电压Upn进行调节,作为电压外环控制,产生4个桥臂的PWM信号,按照式(1)计算正常工作状态下的有功功率PT1;

(1)

步骤6,DAB变换器处在正常工作状态,采用PI控制对直流输电线路母线电压udc进行调节,作为电压外环控制,采用PI控制对直流输电线路母线电流idc进行调节,作为电流内环控制,产生移相角D0,通过扩展移相算法计算得到扩展移相角D1,产生8个开关管的PWM信号,跳至步骤2;

步骤7,此时表明受电端发生低电压故障,两端低压直流输电系统的有功功率不平衡导致直流输电线路母线电压udc迅速上升,送电端的带有第四桥臂的T型三电平并网变换器直流电压外环的两级式电路间正负母线电压参考值Upn_ref_T设定为满足PWM整流条件的最低直流电压值,表示为Upn_ref_fault,此时仍然采用步骤5的直流电压外环和滤波电感电流内环的双环控制策略,将两级式电路间正负母线输出电压upn_T降低至0.2,以限制送电端的有功功率输出,按照式(1)计算故障发生后且两端的低压直流输电系统稳定条件下的有功功率Pfault;

步骤8,控制送电端的DAB变换器的电压传输比为1,即输入的直流输电线路母线电压等于输出的直流输电线路母线电压,此时DAB变换器的电压外环的直流输电线路母线电压参考值Udc_ref等于输入的两级式电路间正负母线电压Upn,仍然采用步骤6的直流电压外环和电流内环的控制方法,通过扩展移相工作模式控制送电端直流输电线路母线电压;

步骤9,按照式(1)计算送电端的瞬时有功功率PT2,当PT2与Pfault之差绝对值小于阈值ε1,且PT2与PT1之差绝对值大于阈值ε2时,表明受电端低电压故障依然存在,跳至步骤7;

步骤10,当PT2与Pfault之差绝对值不小于阈值ε2,且PT2与PT1之差绝对值不大于阈值ε1时,表明受电端低电压故障消失,控制方式恢复正常,跳至步骤2。

2.根据权利要求1所述的近距离两端低压直流输电系统的低电压故障穿越协调控制方法,其特征在于,受电端侧低电压故障穿越协调控制的过程如下:步骤1,送电端的低压直流输电系统参数初始化;

步骤2,采集受电端的交流电网三相电压ua_R、ub_R、uc_R、带有第四桥臂的T型三电平并网变换器的三相滤波电感电流ia_R、ib_R、ic_R、直流输电线路母线电压udc、两级式电路间正负母线电压upn_R;

步骤3,控制受电端的DAB变换器的电压传输比为1,于是给定两级式电路正负母线电压参考值Upn_ref_R等于直流输电线路母线电压udc,DAB变换器采用电压外环、电流内环的扩展移相控制方法,产生8个开关管的PWM信号;

步骤4,实时计算并网点每相电压的均方根值Ua_RMS、Ub_RMS、Uc_RMS;

步骤5,依据电网电压计算各相电网电压跌落深度Ma、Mb、Mc;

步骤6,按照国标规定,要求逆变器输出的动态无功电流Iq应实时跟踪并网点电压变化,得到式(4):(4)

式中,K1为逆变器输出动态无功电流与电压变化比例值,K1取值范围应为1.5~2.5,K1=2,IN为受电端带有第四桥臂的T型三电平并网变换器额定输出电流值;

引入功率因数角来限制低电压故障穿越期间的输出电流,则可得:(5)

(6)

式中,Iq为动态无功电流,Id为动态有功电流;

将式(5)代入式(4)中,得到i(i=a,b,c)相功率因数角的表达式(7)如下:(7)

根据每相跌落深度Mi来得到受电端带有第四桥臂的T型三电平并网变换器每相输出电流参考值的相位,i相输出电流参考值的相位等于i相功率因数角;

步骤7,计算受电端带有第四桥臂的T型三电平并网变换器三相滤波电感电流参考值Ia_ref_R、Ib_ref_R、Ic_ref_R,计算过程如下:推导电流参考值,原则上有两个要求,一是三相调制电流之和为0,来减小正负母线电压的二倍频波动,二是跌落相参考电流升为幅值,以抬高跌落相电压;

以a相接地故障为例,b相和c相同理,a相电压跌落深度M≥0.7时,以零序电流为0作为原则,a相电流的参考幅值为额定电流幅值,计算公式(8):(8)

(9)

每一相电流都分解为d轴和q轴分量,得到d轴方向的计算公式(10)和q轴方向的计算公式(11):(10)

(11)

式中,Imi为三相电流幅值,i=a,b,c;

通过上述公式,得到其他正常两相电流的幅值;

(12)

(13)

同时需要考虑以及;

按照上述原则,M≥0.7时零序电流可恒为0,但是M<0.7时正常相电流无法满足小于1.1倍的额定电流,则将电流指令分配为正常相中一相电流幅值为额定电流的1.1倍,另一相电流幅值为0;

由此得到i(i=a,b,c)相电感电流参考值,作为故障时控制的调制波参数;

步骤8,实时检测并网点三相电压,选取三相中最大电压均方根值URMS_MAX,协调控制两级式电路正负母线电压参考值Upn_ref_R,作为故障时控制的调制波参数;

步骤9,当输电系统中受电端检测到直流输电线路母线电压udc的骤升,表明受电端发生低电压故障,则执行送电端侧低电压故障穿越协调控制过程中的步骤7~10,降低直流输电线路母线电压,及时限制送电端有功功率输出。

3.根据权利要求2所述的近距离两端低压直流输电系统的低电压故障穿越协调控制方法,其特征在于,并网点每相电压的均方根值Ua_RMS、Ub_RMS、Uc_RMS的表达式为:(2)

式中,N为交流电网电压半个工频周期中总的采样点数。

4.根据权利要求3所述的近距离两端低压直流输电系统的低电压故障穿越协调控制方法,其特征在于,各相电网电压跌落深度Ma、Mb、Mc的表达式为:(3)

式中,UN为电网相电压额定有效值。

5.根据权利要求4所述的近距离两端低压直流输电系统的低电压故障穿越协调控制方法,其特征在于,i相电感电流参考值的表达式为:(14)

式中,是电网角频率。

6.根据权利要求5所述的近距离两端低压直流输电系统的低电压故障穿越协调控制方法,其特征在于,两级式电路正负母线电压参考值Upn_ref_R的表达式为:(15)。