天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器及其控制方法
【專利摘要】天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器及其控制方法，屬于天然氣電站補(bǔ)償裝置的控制【技術(shù)領(lǐng)域】。為了解決目前應(yīng)用于大電網(wǎng)的逆變器控制器不能適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境的問(wèn)題。所述控制方法通過(guò)主控制器的主控模塊及采集的信號(hào)實(shí)現(xiàn)：對(duì)采集的三相交流電壓進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的正負(fù)序分量，再根據(jù)設(shè)定的有功功率指定和無(wú)功功率指定，獲得并網(wǎng)電流給定；由系統(tǒng)容量約束對(duì)并網(wǎng)電流給定進(jìn)行修正；再修正并網(wǎng)電流相角滯后；然后將電流指令變換到基波正序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，并引入電流控制回路；最后將控制回路輸出電流進(jìn)行正序PARK反變換，并應(yīng)用SVPWM算法得到三相逆變橋的控制脈沖，控制逆變器輸出期望的電流。它用于天然氣電站。
【專利說(shuō)明】天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天然氣電站補(bǔ)償裝置的控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣電站是由若干臺(tái)天然氣發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的具有較大功率的供電系統(tǒng)。相比于 傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)，天然氣發(fā)電機(jī)組在節(jié)能減排和降低發(fā)電成本方面都有很大優(yōu)勢(shì)。但是， 天然氣發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)能力較差，該種動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的特性制約其在沖擊性有功/ 無(wú)功功率負(fù)載等場(chǎng)合的應(yīng)用，為此需要采用功率補(bǔ)償裝置補(bǔ)償該種沖擊性負(fù)載對(duì)瞬時(shí)功率 的需求。
[0003] 由于天然氣發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的獨(dú)立供電系統(tǒng)容量較小，電網(wǎng)電壓、電流對(duì)干擾十分 敏感，電網(wǎng)環(huán)境惡略，為了保證補(bǔ)償裝置的正常工作，需要其中的逆變器能在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境 下可靠運(yùn)行。而應(yīng)用于大電網(wǎng)的逆變器控制器通常基于理想電網(wǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)，不能適應(yīng)復(fù)雜 電網(wǎng)環(huán)境，故而需要開發(fā)電網(wǎng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的逆變器控制器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決目前應(yīng)用于大電網(wǎng)的逆變器控制器不能適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng) 環(huán)境的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器及其控制方法。
[0005] 本發(fā)明的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器，
[0006] 所述控制器包括主控模塊、交流電壓互感器、電流互感器、驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊和直流電 壓互感器；
[0007] 交流電壓互感器，用于采集電網(wǎng)側(cè)的H相交流電壓，發(fā)送給主控模塊；
[000引 電流互感器，用于采集并網(wǎng)電流，發(fā)送給主控模塊；
[0009] 直流電壓互感器，用于采集天然氣電站補(bǔ)償裝置的直流電壓，發(fā)送給主控模塊1 ;
[0010] 主控模塊，根據(jù)接收的H相交流電壓、并網(wǎng)電流和直流電壓，獲得期望電流值，轉(zhuǎn) 換成控制脈沖發(fā)送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊；
[0011] 驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊，根據(jù)接收的控制脈沖，控制天然氣電站補(bǔ)償裝置的逆變器輸出期 望電流。
[0012] 所述主控模塊為PAC主控模塊。
[0013] 所述主控制器還包括觸摸液晶屏模塊、現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵和狀態(tài)指示燈；
[0014] 觸摸液晶屏模塊，用于顯示主控制器的工作狀態(tài)，還用于為主控模塊輸入控制指 令；
[0015] 現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵，用于在工作現(xiàn)場(chǎng)為主控模塊輸入控制指令；
[0016] 狀態(tài)指示燈，用于在工作現(xiàn)場(chǎng)顯示主控制器的當(dāng)前狀態(tài)。
[0017] 所述主控模塊還包括H個(gè)模擬量輸入模塊、多路PWM輸出模塊、CAN總線通訊模 塊、數(shù)字量輸入模塊和繼電器輸出模塊；
[0018] H個(gè)模擬量輸入模塊，分別用于接收交流電壓互感器、電流互感器和直流電壓互 感器采集的信號(hào)；
[0019] 多路PWM輸出模塊，用于將控制脈沖發(fā)送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊；
[0020] CAN總線通訊模塊，用于通過(guò)CAN總線與其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)；
[0021] 數(shù)字量輸入模塊，用于接收現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵輸入的控制指令；
[0022] 繼電器輸出模塊，用于將主控制器當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送給狀態(tài)指示燈。
[0023] 所述的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器的控制方法，所述方法通過(guò)主控模塊實(shí) 現(xiàn)，主控模塊的工作過(guò)程包括如下步驟：
[0024] 所述控制方法包括如下步驟：
[002引步驟一：對(duì)交流電壓互感器獲取電網(wǎng)側(cè)的立相交流電壓[Uga Ugb UgjT進(jìn)行同步監(jiān) 巧1|，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸正序分量<1+、d軸基波正序分量的幅值咕+、q軸負(fù)序分量 吃q-和d軸基波負(fù)序分量的幅值咕-;
[0026] 步驟二：根據(jù)步驟一獲得的<+、<d+、"gq -和、"gd-，結(jié)合有功功率給定和無(wú)功功 率給定，根據(jù)公式（1)和公式（2)，獲得并網(wǎng)電流參數(shù)指令：

【權(quán)利要求】
1. 天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器，其特征在于，所述控制器包括主控模塊（I)、交流 電壓互感器（5)、電流互感器（6)、驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊（8)和直流電壓互感器（7); 交流電壓互感器（5)，用于采集電網(wǎng)側(cè)的三相交流電壓，發(fā)送給主控模塊（1); 電流互感器（6)，用于采集并網(wǎng)電流，發(fā)送給主控模塊（1); 直流電壓互感器（7)，用于采集天然氣電站補(bǔ)償裝置的直流電壓，發(fā)送給主控模塊 (1); 主控模塊（1)，根據(jù)接收的三相交流電壓、并網(wǎng)電流和直流電壓，獲得期望電流值，轉(zhuǎn)換 成控制脈沖發(fā)送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊（8); 驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊（8)，根據(jù)接收的控制脈沖，控制天然氣電站補(bǔ)償裝置的逆變器輸出期望 電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器，其特征在于，所述主控模 塊為PAC主控模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器，其特征在于，所述主控制 器還包括觸摸液晶屏模塊（2)、現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵（3)和狀態(tài)指示燈（4); 觸摸液晶屏模塊（2)，用于顯示主控制器的工作狀態(tài)，還用于為主控模塊（1)輸入控制 指令； 現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵（3)，用于在工作現(xiàn)場(chǎng)為主控模塊（1)輸入控制指令； 狀態(tài)指示燈（4)，用于在工作現(xiàn)場(chǎng)顯示主控制器的當(dāng)前狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器，其特征在于，所述主控模 塊（1)還包括三個(gè)模擬量輸入模塊（9)、多路PWM輸出模塊（10)、CAN總線通訊模塊（11)、 數(shù)字量輸入模塊（12)和繼電器輸出模塊（13); 三個(gè)模擬量輸入模塊（9)，分別用于接收交流電壓互感器（5)、電流互感器和直流電壓 互感器（7)采集的信號(hào)； 多路PWM輸出模塊（10)，用于將控制脈沖發(fā)送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊（8); CAN總線通訊模塊（11)，用于通過(guò)CAN總線與其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)； 數(shù)字量輸入模塊（12)，用于接收現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵（3)輸入的控制指令； 繼電器輸出模塊（13)，用于將主控制器當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送給狀態(tài)指示燈（4)。
5. 權(quán)利要求1所述的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器的控制方法，其特征在于，所述 方法通過(guò)主控模塊（1)實(shí)現(xiàn)，主控模塊（1)的工作過(guò)程包括如下步驟： 所述控制方法包括如下步驟： 步驟一：對(duì)交流電壓互感器獲取電網(wǎng)側(cè)的三相交流電壓[ugaugbUgJT進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，獲 得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸正序分量iC+、d軸基波正序分量的幅值、q軸負(fù)序分量iW和 d軸基波負(fù)序分量的幅值Wsl-; 步驟二：根據(jù)步驟一獲得的4+、4+、和、心，結(jié)合有功功率給定和無(wú)功功率給 定，根據(jù)公式（1)和公式（2)，獲得并網(wǎng)電流參數(shù)指令：
式中，?ο為注入電網(wǎng)的平均無(wú)功功率；為注入電網(wǎng)的平均有功功率；;<和< 分別 為注入電網(wǎng)的平均有功功率給定指令和無(wú)功功率給定指令； 步驟三：根據(jù)天然氣電站補(bǔ)償裝置的容量限制對(duì)步驟二獲得的并網(wǎng)電流參數(shù)指令進(jìn)行 修正， 若滿足公式（3)，則并網(wǎng)電流參數(shù)指令不需要修正：
若滿足公式（4)，則根據(jù)公式（5)對(duì)并網(wǎng)電流參數(shù)指令進(jìn)行修正：
修正后的并網(wǎng)電流參數(shù)指令）
若滿足公式（6)，則根據(jù)公式（7)對(duì)并網(wǎng)電流參數(shù)指令進(jìn)行修正：
修正后的并網(wǎng)電流參數(shù)指令為
其中，i2_為并網(wǎng)電流限制值； 步驟四：對(duì)步驟三修正后的并網(wǎng)電流參數(shù)指令，再根據(jù)公式（8)修正其相角滯后：
其中，ω為母線電壓角速度，L2SLCL濾波器中網(wǎng)側(cè)電感的電感值，C為L(zhǎng)CL濾波器中 濾波電容的容值，所述LCL濾波器為天然氣電站補(bǔ)償裝置中的濾波器； 步驟五：根據(jù)公式（9)，將步驟四修正相角滯后的并網(wǎng)電流參數(shù)指令轉(zhuǎn)換到基波正序 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，獲得：
其中，對(duì)?/和連續(xù)進(jìn)行負(fù)序PARK逆變換與正序PARK變換運(yùn)算分別得到?/和 步驟六：采用反饋控制器傳遞函數(shù)和前饋解耦控制器傳遞函數(shù)對(duì)步驟五得到的和?二分別進(jìn)行復(fù)合控制，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸電流和q軸電流； 其中，反饋控制器傳遞函數(shù)為
前饋解稱控制器傳遞函數(shù)為Gpm(S) =c〇Lt (11), Kp、Kid。和Kia。均為控制器系數(shù)，ωi為電網(wǎng)電壓正序分量基波角頻率實(shí)際值，Lt等于LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)電感和變換器電感的電感值之和； 步驟七：步驟六獲得的d軸電流和q軸電流進(jìn)行正序PARK逆變換，獲得α軸電流和β軸電流； 步驟八：對(duì)步驟七獲得的α軸電流和β軸電流由SVPWM算法，得到三相橋臂控制脈 沖，將所述控制脈沖發(fā)送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊（8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天然氣電站補(bǔ)償裝置的主控制器的控制方法，其特征在于， 所述步驟一具體方法為： 交流電壓互感器獲取電網(wǎng)側(cè)的三相交流電壓[UgaUgbUgJT輸入至基波正、負(fù)序分離模 塊，所述基波正、負(fù)序分離模塊輸出正序分量[Uga+uge+]T和負(fù)序分量[uga_uge_]T，所述正 序分量[Uga+ug0+]T和負(fù)序分量[uga_ug0_]T分別輸入至正、負(fù)序PARK變換模塊，正序PARK 變換模塊以Θ為同步角，輸出q軸正序分量<+和基波正序分量的幅值4+，負(fù)序PARK變 換模塊-Θ為同步角，輸出q軸負(fù)序分量wgq和基波負(fù)序分量的幅值^-; 其中-輸入至環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器LF輸出的信號(hào)與前饋角頻率ωf相加后獲得 電網(wǎng)電壓正序分量基波角頻率測(cè)量值4，電網(wǎng)電壓正序分量基波角頻率測(cè)量值兩輸入至壓 控振蕩器VCO,壓控振蕩器VCO輸出的信號(hào)與2π經(jīng)鑒相器MOD輸出基波正序分量的相角Θ0
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104466964SQ201410766008
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】孫力, 段建東, 國(guó)海峰, 趙克, 吳鳳江, 安群濤, 孫東陽(yáng), 王志剛, 王令今 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)