阅读说明：本技术 一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法 (Proportional-integral resonance control method for asynchronous phase modulator in unbalanced power grid ) 是由 刘志鹏 蔡南 朱学成 徐明宇 陈晓光 郝文波 荣爽 刘进 刘延龙 张睿 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法,属于异步化调相机交流励磁控制领域,本发明用以解决现有技术中的异步化调相机控制方法复杂的问题,本发明包括异步化调相机的的有功功率和无功功率分别与有功功率给定值和无功功率给定值作差,经比例积分谐振控制得到异步化调相机的转子励磁电流dq轴分量参考值；转子电流的dq轴分量参考值分别与转子电流的dq轴分量作差后经比例积分谐振控制得到励磁电压的dq轴参考值；本发明可以有效的抑制由电网电压不平衡而使异步化调相机产生的二倍频功率脉动。(The invention relates to a proportional-integral resonance control method of an asynchronous phase modulator in an unbalanced power grid, belonging to the field of alternating current excitation control of the asynchronous phase modulator, and aiming at solving the problem that the control method of the asynchronous phase modulator in the prior art is complex; respectively subtracting the dq axis component reference value of the rotor current from the dq axis component of the rotor current, and then obtaining the dq axis reference value of the excitation voltage through proportional-integral resonance control; the invention can effectively restrain the double frequency power pulsation generated by the asynchronous phase modulator due to the unbalanced voltage of the power grid.)

一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法

技术领域

本发明涉及一种异步化调相机的交流励磁控制方法，具体设计一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法。

背景技术

异步化调相机在运行时轴上不带机械负载，主要作用为向系统提供无功输出，作为一种无功补偿设备，其无功输出能力和速度具有突出的优势，目前国内外的多个机构研制出小型的分布式调相机为新能源系统增大同步惯量，但其为系统提供频率支撑主要原理是转速和系统频率之间固有的耦合关系，所能提供的惯量有限，不能主动控制其惯量释放的大小。

异步化调相机的工作场合为新能源电网，为新能源电网提供惯量支撑与无功补偿，电力系统中发生频率最高的故障为单相接地短路故障，在电网发生如此类不平衡故障时会产生负序电流，在异步化调相机的变频器中由坐标变换产生二倍频分量，而传统的PI控制只能对帕克变换后的直流分量进行控制，因此控制器中的二倍频功率分量会使调相机产生二倍的功率脉动，使调相机发热，电能质量变差，影响系统稳定性，因此需要一种控制方法抑制调相机控制系统的二倍频分量，削弱其二倍频功率脉动。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法，具有克服现有异步化调相机励磁控制不能抑制励磁控制器中的二倍频功率脉动的效果。

本发明提供了一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法，包括如下步骤：

S1、根据调相机机端电压U_sabc和定子电流I_sabc计算所述异步化调相机的有功功率P_s和无功功率Q_s，所述异步化调相机的的有功功率P_s和无功功率Q_s分别与有功功率给定值P_ref和无功功率给定值Q_ref作差，经比例积分谐振控制得到异步化调相机的转子励磁电流dq轴分量参考值i_rdref、i_rqref；

S2、所述到异步化调相机的转子电流I_rabc的dq轴分量参考值i_rdref、i_rqref分别与转子电流的dq轴分量i_rd、i_rq作差后经比例积分谐振控制得到励磁电压的dq轴参考值u_rdref、u_rqref；

S3、励磁电压的dq轴参考值u_rdref、u_rqref经过坐标变换和SPWM调制后将该励磁电压施加给转子励磁绕组，实现抑制二倍频功率脉动。

优选的，所述转子电流I_rabc的dq轴分量i_rd、i_rq的获取方法包括：

根据异步化调相机机端电压U_sabc得到异步化调相机的定子电场旋转位置角θ₁和转子角速度ω_r，对所述转子角速度ω_r积分得到转子位置角θ_r得到位置角θ₁-θ_r；

所述转子电流I_rabc与所述位置角θ₁-θ_r经帕克变换得到dq轴分量i_rd、i_rq。

优选的，所述的比例积分谐振环节的连续域传递函数为：

优选的，所述的励磁电压dq轴参考值通过如下方法获得：

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用比例积分谐振控制方法对异步化调相机进行控制，在控制过程中通过更改谐振频率可有效的抑制由电网电压不平衡而使异步化调相机产生的二倍频功率脉动；本发明的控制环节中不存在传统的正负序分离环节，避免了正负序分离带来异步化调相机控制延时和动态响应变差等后果，提高了系统的动态性能；本发明在现有技术中的比例积分环节基础上增加谐振控制过程，控制过程简单，易实现，适用范围广，可以有效的抑制二倍频功率脉动。

附图说明

图1是本发明一具体实施例的的异步化调相机比例积分谐振控制的整体原理示意图；

图2是本发明一具体实施例的异步化调相机在电网电压不平衡时采用比例积分谐振控制与传统控制方法对比仿真波形图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

本实施例的一种不平衡电网中异步化调相机的比例积分谐振控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、根据调相机机端电压U_sabc和定子电流I_sabc计算所述异步化调相机的有功功率P_s和无功功率Q_s，所述异步化调相机的的有功功率P_s和无功功率Q_s分别与有功功率给定值P_ref和无功功率给定值Q_ref作差，经比例积分谐振控制得到异步化调相机的转子励磁电流dq轴分量参考值i_rdref、i_rqref；

S2、所述到异步化调相机的转子电流I_rabc的dq轴分量参考值i_rdref、i_rqref分别与转子电流的dq轴分量i_rd、i_rq作差后经比例积分谐振控制得到励磁电压的dq轴参考值u_rdref、u_rqref；

如图1所示，本实施例中的转子电流I_rabc的dq轴分量i_rd、i_rq的获取方法包括如下步骤：

根据异步化调相机机端电压U_sabc得到异步化调相机的定子电场旋转位置角θ₁和转子角速度ω_r，对所述转子角速度ω_r积分得到转子位置角θ_r得到位置角θ₁-θ_r；

所述转子电流I_rabc与所述位置角θ₁-θ_r经帕克变换得到dq轴分量i_rd、i_rq。

在本实施例中，所述的励磁电压dq轴参考值通过如下方法获得：

S3、励磁电压的dq轴参考值u_rdref、u_rqref经过坐标变换和SPWM调制后将该励磁电压施加给转子励磁绕组，实现抑制二倍频功率脉动。

在本实施例中，步骤S1-S2所述的比例积分谐振环节的连续域传递函数为：

为了进一步验证本发明，在一具体实施方式中，选择50MW、额定电压为10.5kV的异步化调相机进行仿真，在2s-2.4s电网电压为平衡状态，2.4s时A相电压跌落50％，电网处于不平衡状态，此时调相机仍为比例积分(PI)控制，在2.8s时调相机切换为比例积分谐振控制。由上述仿真可知，调相机各项电气参数均在采用了比例积分谐振控制后有效的抑制了二倍频分量。

如上所述，根据本发明，该励磁控制方法可以有效的削弱调相机由于电网电压不平衡时产生的二倍频分量，有效的提高了电能质量同时起到保护调相机的作用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施例中的所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。