海上分頻輸電系統控制方法及裝置與流程

本發明涉及電力電子控制領域，具體涉及到一種海上分頻輸電系統控制方法及裝置。

背景技術：

隨著風力發電技術的發展及應用，風電場的規模日趨大型化。由于受到土地資源、風能資源等限制，大型風電場多選址在遠離電力節點的偏遠地區或者海上，遠距離大容量海上風電將成為風力發電未來發展的方向。基于分頻輸電技術的海上輸電系統具有傳送容量大，經濟效益高等優點。

傳統的分頻輸電系統變頻裝置為基于閘晶管的周波變換裝置，其原理是通過給定輸出曲線與以預先曲線相交，在交點處產生個晶閘管的觸發脈沖，在改變給定的輸出曲線的頻率和幅值時，可以控制輸出電壓的頻率和大小，其缺點為輸入功率因數較低，諧波電流較大，輸出頻率小于1/2工頻，導致其頻率變化范圍小，可適應的分頻輸電范圍較小。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于提高分頻輸電的輸出功率因數。

為此，根據第一方面，本發明實施例提供了一種海上分頻輸電系統控制方法，該方法用于控制基于h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器的分頻輸電系統，可以包括以下步驟：獲取換流站兩側第一電能參數，換流站由h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器組成，第一電能參數包括：有功功率、無功功率和/或有功電流/電壓、無功電流/電壓；利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數；根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流站中的換流閥的脈沖觸發信號，以控制換流閥輸出趨近電能指定值的第二電能參數。

可選地，有功功率包括工頻側有功功率和低頻側有功功率，無功功率包括工頻側無功功率和低頻側無功功率，有功電流/電壓包括工頻側有功電流/電壓和低頻側有功電流/電壓，無功電流/電壓包括低頻側無功電流/電壓、工頻側無功電流/電壓。

可選地，參考參數包括低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數，或者，工頻側無功電流/電壓參考參數；利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數包括：獲取低頻側三相電壓和/或三相電流；對低頻側三相電壓和/或三相電流進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下低頻側兩軸電壓和/或電流；利用電能指定值對低頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數；或者，獲取工頻側三相電壓和/或三相電流；對工頻側三相電壓和/或三相電流進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下工頻側兩軸電壓和/或電流；利用電能指定值對工頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到工頻側無功電流/電壓參考參數。

可選地，參考參數還包括工頻側有功電流/電壓參考參數；利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數還包括：獲取換流站的橋臂電容電壓；利用直流側電壓給定值對橋臂電容電壓進行比例積分控制得到工頻側有功電流/電壓參考參數。

可選地，根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流閥的脈沖觸發信號包括：根據工頻側有功參考電流和工頻側無功參考電流對分別對工頻側有功電能參數和工頻側無功電能參數進行電流解耦控制，得到第一觸發信號；根據低頻側有功參考電流和低頻側無功參考電流分別對低頻側有功電能參數和低頻側無功電能參數進行比例節分調節，得到第二觸發信號；將第一觸發信號和第二觸發信號進行載波移相得到脈沖觸發信號。

根據第二方面，本發明實施例提供了一種海上分頻輸電系統控制裝置，該裝置用于控制基于h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器的分頻輸電系統，包括：獲取模塊，用于獲取換流站兩側第一電能參數，換流站由h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器組成，第一電能參數包括：有功功率、無功功率和/或有功電流/電壓、無功電流/電壓；外環控制模塊，用于利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數；內環控制模塊，用于根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流站中的換流閥的脈沖觸發信號，以控制換流閥輸出趨近電能指定值的第二電能參數。

可選地，有功功率包括工頻側有功功率和低頻側有功功率，無功功率包括工頻側無功功率和低頻側無功功率，有功電流/電壓包括工頻側有功電流/電壓和低頻側有功電流/電壓，無功電流/電壓包括低頻側無功電流/電壓、工頻側無功電流/電壓。

可選地，參考參數包括低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數，或者，工頻側無功電流/電壓參考參數；外環控制模塊包括：第一獲取單元，用于獲取低頻側三相電壓和/或三相電流；第一坐標換換單元，用于對低頻側三相電壓和/或三相電流進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下低頻側兩軸電壓和/或電流；第一外環控制單元，用于利用電能指定值對低頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數；或者，第二獲取單元，用于獲取工頻側三相電壓和/或三相電流；第二坐標換換單元，用于對工頻側三相電壓和/或三相電流進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下工頻側兩軸電壓和/或電流；第二外環控制單元，用于利用電能指定值對工頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到工頻側無功電流/電壓參考參數。

可選地，參考參數還包括工頻側有功電流/電壓參考參數；外環控制模塊還包括：第三獲取單元，用于獲取換流站的橋臂電容電壓；比例積分單元，用于利用直流側電壓給定值對橋臂電容電壓進行比例積分調節得到工頻側有功電流/電壓參考參數。

可選地，內環控制模塊包括：電流解耦單元，用于根據工頻側有功參考電流和工頻側無功參考電流對分別對工頻側有功電能參數和工頻側無功電能參數進行電流解耦控制，得到第一觸發信號；比例積分單元，用于根據低頻側有功參考電流和低頻側無功參考電流分別對低頻側有功電能參數和低頻側無功電能參數進行比例節分調節，得到第二觸發信號；載波移相單元，用于將第一觸發信號和第二觸發信號進行載波移相得到脈沖觸發信號。

本發明實施例提供了一種海上分頻輸電系統控制方法及裝置，用于控制基于h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器的分頻輸電系統，獲取換流站兩側有功功率、無功功率和/或有功電流/電壓、無功電流/電壓；利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數；根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流站中的換流閥的脈沖觸發信號，以控制換流閥輸出趨近電能指定值的第二電能參數。系統電能可以實現雙向流動，輸出高功率因數的電能，無需無功補償裝置，且工頻側的無功功率不受分頻側無功功率反轉的影響，系統的有功、無功能夠快速、準確地跟蹤指令值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本發明實施例的h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器的分頻輸電系統的總控制框圖；

圖2示出了本發明實施例的海上分頻輸電系統控制方法的流程；

圖3示出了本發明實施例的得到低頻側電能參考參數的控制框圖；

圖4示出了本發明實施例的直流平均電壓與直流側電壓給定值的比例積分控制框圖；

圖5示出了本發明實施例的工頻側內環電流控制框圖；

圖6示出了本發明實施例的低頻側電壓控制框圖；

圖7示出了本發明實施例的海上分頻輸電系統控制裝置的示意圖；

圖8示出了本發明實施例的終端示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明實施例提供了一種海上分頻輸電系統控制方法，該方法適用于控制基于圖1所示的h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器的分頻輸電系統的總控制框圖，其中，處理器81可以為中央處理器(centralprocessingunit，cpu)。處理器81還可以為其他通用處理器、數字信號處理器(digitalsignalprocessor，dsp)、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、現場可編程門陣列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件等芯片，或者上述各類芯片的組合。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規的處理器等。vs1為工頻側三相電壓，is1為工頻側三相電流，vm1為低頻側三相電壓，低頻側im1為三相電流，udc-avg為級聯h橋的直流側電壓均值，qm為低頻側功率給定值，qs為工頻側功率給定值，udc為直流側電壓給定值，1為換流站，2為換流閥，如圖2所示，該方法可以包括如下步驟：

s10.獲取換流站兩側第一電能參數。在具體的實施例中，換流站由h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器組成，在本實施例中，換流站兩側為低頻側和工頻側，其電能傳輸方向可以為由低頻側到工頻側，也可以為由工頻側到低頻側。所獲取的第一電能參數可以包括：有功功率、無功功率和/或有功電流/電壓、無功電流/電壓。具體地，有功功率包括工頻側有功功率和低頻側有功功率，無功功率包括工頻側無功功率和低頻側無功功率，有功電流/電壓包括工頻側有功電流/電壓和低頻側有功電流/電壓，無功電流/電壓包括低頻側無功電流/電壓、工頻側無功電流/電壓。

s20.利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數。在具體的實施例中，參考參數包括低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數，或者，工頻側無功電流/電壓參考參數。在低頻側，采用定功率控制，控制低頻電纜上傳輸的有功功率和無功功率。具體的，獲取低頻側三相電壓vm1和/或三相電流im1，由低頻側鎖相環測量出低頻側相角，對低頻側三相電壓vm1和/或三相電流im1進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下低頻側兩軸電壓和/或電流；利用電能指定值對低頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數。具體的，以低頻側有功電流參考參數和低頻側無功電流參考參數為例，利用以下方程式進行說明：

其中，vmq為q軸電壓，vmd為d軸電壓，imdref低頻側有功電流參考參數，imqref低頻側無功電流參考參數，pm為有功功率，qm為無功功率，旋轉坐標下的低頻側有功功率pm和無功功率qm可以表示為：

其中，imq為q軸電流，imd為d軸電流。

圖3所示的控制框圖，對低頻側有功功率pmref以及低頻側無功功率qmref進行pi調節，得到低頻側有功電流參考參數和無功電流參考參數。

在工頻側，定無功功率，用于控制工頻側電纜上傳輸的無功功率。獲取工頻側三相電壓vs1和/或三相電流is1；對工頻側三相電壓vs1和/或三相電流is1進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下工頻側兩軸電壓和/或電流；利用電能指定值對工頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到工頻側無功電流參考參數/電壓參考參數。具體的，可以參見上述低頻側無功電流參考參數的得到方法的描述，這里不再贅述。

工頻側有功電流參考參數可以通過換流站直流側電容電壓得到，獲取換流站的橋臂電容電壓。利用直流側電壓給定值對橋臂電容電壓進行比例積分控制得到工頻側有功電流/電壓參考參數。具體可以參見圖4所示的直流平均電壓與直流側電壓給定值udc的比例積分控制圖，分別計算9個橋臂中級聯h橋的直流側電壓均值udc-avg，根據直流側電壓給定值udc與電壓平均值udc-avg得到工頻側有功電流參考值由功率平衡原理，換流站橋臂輸入輸出功率相等，即可等得出直流電壓控制所提供的工頻側有功電流參考參數。

s30.根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流站中的換流閥的脈沖觸發信號，以控制換流閥輸出趨近電能指定值的第二電能參數。在具體的實施例中，上述步驟s20中提供了內環控制的參考參數，在本實施例中，內環控制可以分為工頻側內環電流控制和低頻側定電壓控制，其中，工頻側內環電流控制可以如圖5所示，根據工頻側有功參考電流和工頻側無功參考電流對分別對工頻側有功電能參數和工頻側無功電能參數進行電流解耦控制，得到第一觸發信號；由外環工頻側三相電壓坐標變換生成的工頻側有功電壓vsd和工頻側無功電壓vsq及外環工頻側定無功功率控制生成工頻側無功電流參考參數以及工頻側有功電流參考參數為通過換流器內環解耦電流控制器生成第一觸發信號。具體的，由圖5可得換流站數學方程式表示為：

將上式變換到兩相dq旋轉坐標系下，可表示成：

其中，

上式中，與分別是與具有一階微分關系的電壓分量。其中，分別為d軸電流值和q軸電流值。δ1為相角，這個解耦項可以采用下式所示的比例積分環節來實現，以補償在聯系電抗上的電壓降。

式中，和分別為有功電流和無功電流的參考值。

低頻側定電壓控制具體如圖6所示，根據低頻側有功參考電流和工頻側無功參考電流分別對低頻側有功電能參數和低頻側無功電能參數進行比例節分調節，得到第二觸發信號；不考慮換流器內部損耗，根據交流側與直流側功率平衡可得：

為保證整個系統的功率平衡，必須設置一個平衡節點，對其電壓幅值及相位進行控制，引入pi調節器消除靜態誤差。直流電壓和給定直流電壓偏差經pi調節后作為有功電流的參考參數采用定直流電壓控制模式的換流站可以用于平衡換流站輸入側和輸出側的有功功率和保持電容電壓恒定。

在由電流解耦控制器得到第一觸發信號和對工頻側有功電能參數和無功電能參數進行比例積分調節后，得到的第二觸發信號后，將第一觸發信號和第二觸發信號進行載波移相得到脈沖觸發信號。以減小諧波的產生。

獲取換流站兩側有功功率、無功功率和/或有功電流/電壓、無功電流/電壓；利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數；根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流站中的換流閥的脈沖觸發信號，以控制換流閥輸出趨近電能指定值的第二電能參數。系統電能可以實現雙向流動，輸出高功率因數的電能，無需無功補償裝置，且工頻側的無功功率不受分頻側無功功率反轉的影響，系統的有功、無功能夠快速、準確地跟蹤指令值。

本發明實施例還提供了一種海上分頻輸電系統控制裝置，該裝置用于控制基于h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器的分頻輸電系統，如圖7所示，該裝置包括：獲取模塊71，用于獲取換流站兩側第一電能參數，換流站由h橋級聯結構的模塊化多電平矩陣變換器組成，第一電能參數包括：有功功率、無功功率和/或有功電流/電壓、無功電流/電壓；外環控制模塊72，用于利用電能指定值對第一電能參數進行外環控制得到用于對換流站進行內環控制的參考參數；73內環控制模塊，用于根據參考參數對第一電能參數進行內環控制得到換流站中的換流閥的脈沖觸發信號，以控制換流閥輸出趨近電能指定值的第二電能參數。

可選地，有功功率包括工頻側有功功率和低頻側有功功率，無功功率包括工頻側無功功率和低頻側無功功率，有功電流/電壓包括工頻側有功電流/電壓和低頻側有功電流/電壓，無功電流/電壓包括低頻側無功電流/電壓、工頻側無功電流/電壓。

可選地，參考參數包括低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數，或者，工頻側無功電流/電壓參考參數；外環控制模塊包括：第一獲取單元，用于獲取低頻側三相電壓和/或三相電流；第一坐標換換單元，用于對低頻側三相電壓和/或三相電流進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下低頻側兩軸電壓和/或電流；第一外環控制單元，用于利用電能指定值對低頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到低頻側有功電流/電壓參考參數和低頻側無功電流/電壓參考參數；或者，第二獲取單元，用于獲取工頻側三相電壓和/或三相電流；第二坐標換換單元，用于對工頻側三相電壓和/或三相電流進行旋轉坐標變換得到旋轉坐標系下工頻側兩軸電壓和/或電流；第二外環控制單元，用于利用電能指定值對工頻側兩相坐標系電壓和/或電流進行外環控制得到工頻側無功電流/電壓參考參數。

可選地，參考參數還包括工頻側有功電流/電壓參考參數；外環控制模塊還包括：第三獲取單元，用于獲取換流站的橋臂電容電壓；比例積分單元，用于利用直流側電壓給定值對橋臂電容電壓進行比例積分調節得到工頻側有功電流/電壓參考參數。

可選地，內環控制模塊包括：電流解耦單元，用于根據工頻側有功參考電流和工頻側無功參考電流對分別對工頻側有功電能參數和工頻側無功電能參數進行電流解耦控制，得到第一觸發信號；比例積分單元，用于根據低頻側有功參考電流和低頻側無功參考電流分別對低頻側有功電能參數和低頻側無功電能參數進行比例節分調節，得到第二觸發信號；載波移相單元，用于將第一觸發信號和第二觸發信號進行載波移相得到脈沖觸發信號。

本發明實施例還提供了一種終端，如圖8所示，該終端包括一個或多個處理器81以及存儲器82，圖8中以一個處理器83為例。

用戶終端還可以包括：輸入裝置83和輸出裝置84。

處理器81、存儲器82、輸入裝置83和輸出裝置84可以通過總線或者其他方式連接，圖8中以通過總線連接為例。

處理器81可以為中央處理器(centralprocessingunit，cpu)。處理器81還可以為其他通用處理器、數字信號處理器(digitalsignalprocessor，dsp)、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、現場可編程門陣列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件等芯片，或者上述各類芯片的組合。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規的處理器等。

存儲器82作為一種非暫態計算機可讀存儲介質，可用于存儲非暫態軟件程序、非暫態計算機可執行程序以及模塊，如本申請實施例中的控制方法對應的程序指令/模塊。處理器81通過運行存儲在存儲器82中的非暫態軟件程序、指令以及模塊，從而執行服務器的各種功能應用以及數據處理，即實現上述方法實施例的控制方法。

存儲器82可以包括存儲程序區和存儲數據區，其中，存儲程序區可存儲操作系統、至少一個功能所需要的應用程序；存儲數據區可存儲根據服務器操作的處理裝置的使用所創建的數據等。此外，存儲器82可以包括高速隨機存取存儲器，還可以包括非暫態存儲器，例如至少一個磁盤存儲器件、閃存器件、或其他非暫態固態存儲器件。

輸入裝置83可接收輸入的數字或字符信息，以及產生與服務器的處理裝置的用戶設置以及功能控制有關的鍵信號輸入。輸出裝置84可包括顯示屏等顯示設備。

一個或者多個模塊存儲在存儲器82中，當被一個或者多個處理器81執行時，執行如圖1-6任意一項所示的方法。

雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下作出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的范圍之內。