本發(fā)明涉及柔性輸電領(lǐng)域，具體涉及一種柔性母聯(lián)控制器的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著分布式發(fā)電并網(wǎng)滲透率的提高，需要充分利用現(xiàn)有網(wǎng)架拓?fù)涞呐渌碗娔芰?；另一方面，分布式發(fā)電出力的間歇性和波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)潮流快速變化，因此需要采取新的技術(shù)手段。裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)、分段開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)主動(dòng)、柔性的潮流控制。

但傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，只能連接相同電壓等級的配電網(wǎng)絡(luò)，而且需要配電網(wǎng)絡(luò)兩端網(wǎng)絡(luò)頻率、相位一致；此外，聯(lián)絡(luò)開關(guān)還存在開關(guān)動(dòng)作時(shí)間慢，自動(dòng)化程度低等問題。電力電子裝置響應(yīng)速度快，控制靈活，形成新型的柔性配電網(wǎng)開關(guān)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。但是電網(wǎng)中，由于電壓等級比較高，傳統(tǒng)變流器存在一定局限性。模塊化多電平變流器的子模塊可以在低壓下運(yùn)行，其開關(guān)器件具有應(yīng)力小，諧波小，易于拓展和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置需要分別提取系統(tǒng)無功、各次諧波電流、負(fù)序電流等相關(guān)信息，從而計(jì)算出無功、諧波及負(fù)序的補(bǔ)償指令，因而提取過程計(jì)算復(fù)雜，對處理器的要求非常高。

因此，需要一種母聯(lián)柔性控制系統(tǒng)來簡化提取計(jì)算的過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于配電網(wǎng)的母聯(lián)柔性控制方法及系統(tǒng)，該控制方法包括步驟：

外環(huán)控制器接收功率指令、直流電壓反饋、三相交流電壓反饋和三相交流電流后，輸出電流指令；內(nèi)環(huán)控制器接收所述電流指令后，輸出調(diào)制電壓指令；調(diào)制電壓指令經(jīng)pwm整流模塊整流后，輸入柔性母聯(lián)控制器，實(shí)現(xiàn)對柔性母聯(lián)控制器的調(diào)制。

外環(huán)控制器接收功率指令、直流電壓反饋、三相交流電壓反饋和三相交流電流后，輸出電流指令，包括：外環(huán)控制器中的功率控制指令計(jì)算單元，接收功率指令，輸出功率電流指令；外環(huán)控制器中的直流電壓調(diào)節(jié)單元，接收直流電壓反饋，輸出直流電流指令；外環(huán)控制器中的交流電壓調(diào)節(jié)單元，接收坐標(biāo)變換后的三相交流電壓反饋，輸出交流電流指令；外環(huán)控制器中的電能質(zhì)量控制單元，接收坐標(biāo)變換后的三相交流電流，三相交流電流經(jīng)補(bǔ)償指令提取計(jì)算后，電能質(zhì)量控制單元輸出補(bǔ)償電流指令；外環(huán)控制器中的控制功能選擇器，根據(jù)配電網(wǎng)的控制目標(biāo)從功率電流指令、直流電流指令和所述交流電流指令中，選擇其一作為輸出量；若輸出量非所述交流電流指令，則輸出量疊加補(bǔ)償電流指令后，輸出電流指令。內(nèi)環(huán)控制器接收電流指令后，輸出調(diào)制電壓指令，包括：電流指令輸入內(nèi)環(huán)控制器中的電流前饋解耦控制單元后，輸出調(diào)制電壓指令。

補(bǔ)償電流指令包括：有功電流補(bǔ)償指令idc^*和無功電流補(bǔ)償指令iqc^*。當(dāng)配電網(wǎng)中有負(fù)序電流及諧波時(shí)，有功電流id疊加二倍頻脈動(dòng)及高次脈動(dòng)，取反提取的有功電流脈動(dòng)值，得到有功電流補(bǔ)償指令idc^*；將無功電流取反作為無功電流補(bǔ)償指令iqc^*。

有功電流脈動(dòng)值包括：用二階廣義積分和直流積分器從有功電流id中分離直流量即得有功電流脈動(dòng)值。

其母聯(lián)柔性控制系統(tǒng)包括：外環(huán)控制器模塊，用于接收功率指令、直流電壓反饋、三相交流電壓反饋和三相交流電流后，輸出電流指令；內(nèi)環(huán)控制器模塊，用于接收電流指令后，輸出調(diào)制電壓指令；調(diào)制模塊，用于將調(diào)制電壓指令經(jīng)pwm整流模塊整流后，輸入柔性母聯(lián)控制器，實(shí)現(xiàn)對柔性母聯(lián)控制器的調(diào)制。

外環(huán)控制器具體包括：外環(huán)控制器中的功率控制指令計(jì)算單元，接收功率指令，輸出功率電流指令；外環(huán)控制器中的直流電壓調(diào)節(jié)單元，接收直流電壓反饋，輸出直流電流指令；外環(huán)控制器中的交流電壓調(diào)節(jié)單元，接收坐標(biāo)變換后的三相交流電壓反饋，輸出交流電流指令；外環(huán)控制器中的電能質(zhì)量控制單元，接收坐標(biāo)變換后的三相交流電流，三相交流電流經(jīng)補(bǔ)償指令提取計(jì)算后，電能質(zhì)量控制單元輸出補(bǔ)償電流指令；外環(huán)控制器中的控制功能選擇器，根據(jù)配電網(wǎng)的控制目標(biāo)從功率電流指令、直流電流指令和交流電流指令中，選擇其一作為輸出量；若輸出量非交流電流指令，則輸出量疊加補(bǔ)償電流指令后，輸出電流指令。

內(nèi)環(huán)控制器，具體包括：電流指令輸入內(nèi)環(huán)控制器中的電流前饋解耦控制單元后，輸出調(diào)制電壓指令。

上述柔性母聯(lián)控制器包括：兩個(gè)背靠背型模塊化多電平換流器；模塊化多電平換流器為三相六橋臂結(jié)構(gòu)，各相橋臂的上橋臂和下橋臂均包括電感和與電感串聯(lián)的n個(gè)子模塊，其中n為大于1的整數(shù)；兩個(gè)模塊化多電平換流器的三相上橋臂和下橋臂分別經(jīng)開關(guān)互連；柔性母聯(lián)控制器的控制信號輸入端設(shè)于各相上橋臂和下橋臂的連接點(diǎn)處。

子模塊包括：絕緣柵雙極型晶體管支路及與所述絕緣柵雙極型晶體管支路并聯(lián)的電容；絕緣柵雙極型晶體管支路包括串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管，所述絕緣柵雙極型晶體管分別與二級管并聯(lián)。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明在進(jìn)行電能質(zhì)量補(bǔ)償時(shí)采用補(bǔ)償電流提取計(jì)算方法，將需要補(bǔ)償?shù)臒o功、諧波、負(fù)序作為一個(gè)整體提取出來，并進(jìn)行補(bǔ)償比較傳統(tǒng)的分序，采用分次補(bǔ)償量單獨(dú)提取法，加快了提取和計(jì)算速度，減輕了處理器的負(fù)擔(dān)，使其具備更高的補(bǔ)償精度；

2、本發(fā)明不需要計(jì)算無功功率，僅利用坐標(biāo)變換得到的無功電流反饋值作為補(bǔ)償無功功率的電流指令參考值，即可實(shí)現(xiàn)對無功電流的補(bǔ)償；

3、本發(fā)明將采集的得到的電網(wǎng)電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換，利用簡化的諧波負(fù)序提取器計(jì)算抑制諧波的電流指令，實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)側(cè)諧波電流的抑制，利用pir調(diào)節(jié)器對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)負(fù)序電流的抑制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明母聯(lián)柔性控制器的電路拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明母聯(lián)柔性控制器中子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明外環(huán)調(diào)節(jié)控制器示意圖；

圖4為本發(fā)明電能質(zhì)量控制中指令提取與計(jì)算的方法框圖；

圖5為本發(fā)明母聯(lián)柔性控制器中單側(cè)mmc的雙閉環(huán)控制策略示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示的母聯(lián)柔性控制器由兩個(gè)背靠背的mmc(modularmultilevelconverter，模塊化多電平換流器)組成，sm為子模塊。

mmc各相分別分為上下兩個(gè)橋臂，各橋臂分別由橋臂電感和n個(gè)子模塊依次串聯(lián)構(gòu)成，兩個(gè)橋臂電感的連接點(diǎn)對應(yīng)相橋臂的輸出端。

本發(fā)明通過采集兩端mmc各相上下橋臂電流，計(jì)算得到交流電流，而交流電壓則通過母聯(lián)柔性控制器中的交流電壓傳感器采樣得到，直流電壓和直流電流也分別通過母聯(lián)柔性控制器中各自直流側(cè)的電壓電流傳感器采樣得到；同時(shí)，為避免子模塊電壓發(fā)生較大偏差，也需要采樣每個(gè)子模塊電容兩端電壓。

如圖2所示的sm子模塊，la為橋臂電感，t1和t2是igbt，d1和d2是二級管，c0是子模塊直流側(cè)電容。根據(jù)采樣得到子模塊電壓實(shí)現(xiàn)子模塊均壓功能。

直流母線一般先接入可實(shí)現(xiàn)升降壓功能的且功率可雙向流動(dòng)的dc/dc變換器以便控制次級直流母線電壓向直流負(fù)荷的供電；dc/dc變換器主要用于穩(wěn)定次級直流母線的電壓，以便各類直流設(shè)備的正常工作，針對dc/dc變換器的具體控制，技術(shù)已相當(dāng)完善，這里不再贅述；次級直流母線一般為民用設(shè)備(電燈等照明設(shè)備，家用儲(chǔ)能、空調(diào)、冰箱等小型用電設(shè)備)以及工廠設(shè)備(大型直流電機(jī)和大型儲(chǔ)能電站等)等等直流負(fù)荷供電。km1和km2分別為左側(cè)mmc和右側(cè)mmc的直流斷路開關(guān)；通過開斷km1和km2選擇母聯(lián)柔性控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式：雙端分區(qū)運(yùn)行，雙端合區(qū)運(yùn)行，單端供電運(yùn)行。

通過母聯(lián)柔性控制器聯(lián)通電流i1所在的母線1和電流i2所在的母線2，可實(shí)現(xiàn)雙端分區(qū)運(yùn)行、雙端合區(qū)運(yùn)行及單端供電運(yùn)行。雙端分區(qū)運(yùn)行工況下,兩變電站分別給該側(cè)負(fù)荷供電,兩端mmc無功率交換，兩端mmc均工作在定直流電壓模式；雙端合區(qū)運(yùn)行工況下，此時(shí)中間直流聯(lián)絡(luò)線存在功率交換：一個(gè)工作在定直流電壓模式，一個(gè)工作在定功率模式；單端供電運(yùn)行工況下，其中一端因檢修或故障退出運(yùn)行，負(fù)荷均由另一端mmc進(jìn)行供電，此時(shí)該側(cè)mmc工作在定直流電壓模式。

母聯(lián)柔性控制器兩側(cè)控制需要互相協(xié)調(diào)，通常有一側(cè)變換器維持直流電壓穩(wěn)定，另一側(cè)維持對潮流的控制或者維持交流輸出電壓穩(wěn)定，兩側(cè)同時(shí)都能夠完成對所連接交流網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量控制。

如圖3所示mmc外環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)方式，控制外環(huán)由功率控制單元、直流電壓控制單元、交流電壓控制單元、電能質(zhì)量控制單元及控制功能選擇器組成，經(jīng)功率控制單元接收有功功率p^*和無功功率q^*后，經(jīng)功率控制指令計(jì)算，輸出功率電流指令idq^*；直流電壓控制單元接收直流電壓udc,經(jīng)直流電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，輸出直流電壓指令idqd^*；交流電壓控制單元接收交流電壓uabc后，uabc經(jīng)坐標(biāo)變換得到udq,udq經(jīng)交流電壓調(diào)節(jié)器，輸出交流電流指令idqu^*；電能質(zhì)量控制單元接收交流電流iabc后，iabc經(jīng)坐標(biāo)變換得到idq,idq經(jīng)補(bǔ)償指令提取計(jì)算后，得到補(bǔ)償電流指令idqc^*；通過控制功能選擇器，可以靈活的切換任意一端mmc的運(yùn)行方式，以及在運(yùn)行的同時(shí)是否加入電能質(zhì)量補(bǔ)償功能，id’^*和iq’^*為外環(huán)控制器經(jīng)過功能選擇器后輸出的有功電流指令和無功電流指令?？刂乒δ苓x擇器根據(jù)控制目標(biāo)的需要，從功率控制單元、直流電壓控制單元和交流電壓控制單元三者的輸出選擇一個(gè)作為外環(huán)的輸出，如果控制目標(biāo)為功率控制單元或直流電壓控制單元的輸出量，則可根據(jù)系統(tǒng)要求，在外環(huán)的輸出指令上再疊加電能質(zhì)量控制指令。其中，功率控制單元中的功率控制指令計(jì)算、直流電壓單元中的直流電壓調(diào)節(jié)器、交流電壓單元中的交流電壓調(diào)節(jié)器是現(xiàn)有技術(shù)。

具體的，直流電壓控制單元把檢測到的公共直流母線電壓值與給定參考值進(jìn)行比較，并經(jīng)過相關(guān)pir調(diào)節(jié)器和限幅環(huán)節(jié)，得到有功電流的參考值；功率控制單元把檢測到的有功功率和無功功率與給定有功參考值和無功參考值進(jìn)行比較，并經(jīng)過pir調(diào)節(jié)器及限幅環(huán)節(jié)，從而得到有功功率電流指令和無功功率電流指令；交流電壓控制控制單元?jiǎng)t根據(jù)反饋的交流電壓與給定參考電壓的差值，經(jīng)過pir調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生交流電流指令；電能質(zhì)量控制器則利用變電站交流母線的三相電流信號，提取出系統(tǒng)中的負(fù)序、無功及諧波電流，計(jì)算出補(bǔ)償電流指令，并疊加到電流指令上。根據(jù)以上得到的有功或無功電流的參考值，通過電流內(nèi)環(huán)控制，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制目標(biāo)。

如圖4所示，電能質(zhì)量控制指令的提取與計(jì)算方法：id和iq為電網(wǎng)電流經(jīng)過坐標(biāo)變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系有功電流和無功電流反饋值。idc^*和iqc^*為電能質(zhì)量控制器輸出的有功補(bǔ)償電流指令和無功電流補(bǔ)償電流指令。系統(tǒng)id和iq的直流部分分別代表正序有功電流和無功電流，當(dāng)系統(tǒng)中有負(fù)序電流及諧波時(shí)，id和iq上會(huì)疊加有二倍頻脈動(dòng)及高次脈動(dòng)。所以把有功電流脈動(dòng)值提取出來，便代表了電網(wǎng)有功電流中目前的總負(fù)序量和諧波量，將提取出的脈動(dòng)值取反，便是有功電流的補(bǔ)償指令，將無功電流取反，作為補(bǔ)償指令，便可完全消除系統(tǒng)中的無功。對于有功電流波動(dòng)量的提取，這里使用了二階廣義積分和直流積分器先將id中的直流量分離出，再用id減去直流量便是有功電流反饋值id中的有功電流脈動(dòng)值，該方法計(jì)算迅速，對處理器要求低，補(bǔ)償精度高。

采集交流電流，經(jīng)過變換，得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的線路電流；由于補(bǔ)償目標(biāo)是消除無功、諧波及負(fù)序電流，故在完全補(bǔ)償?shù)那闆r下，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的線路有功電流應(yīng)當(dāng)是直流量，無功電流為0。

因此,可以將有功電流的直流量提取出來(負(fù)載正序功率)，與負(fù)載電流作差，得到負(fù)載的負(fù)序電流及諧波電流之和，取反后，可作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下有功電流補(bǔ)償量；負(fù)載無功電流取反后，可直接作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下無功電流的補(bǔ)償量。將補(bǔ)償量疊加在電流(idq^*或idqd^*或idqu^*)指令中，形成新的有功電流指令id’^*和無功電流指令iq’^*。

最后，如圖5所示，有功電流指令和無功電流指令經(jīng)內(nèi)環(huán)控制器中網(wǎng)壓定向的電流前饋解耦控制后，得到三相調(diào)制電壓，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)無功功率、負(fù)序及諧波的消除。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種母聯(lián)柔性控制系統(tǒng)，下面進(jìn)行說明。

本發(fā)明提供的系統(tǒng)可以包括：外環(huán)控制器模塊，用于接收功率指令、直流電壓反饋、三相交流電壓反饋和三相交流電流后，輸出電流指令；內(nèi)環(huán)控制器模塊，用于接收電流指令后，輸出調(diào)制電壓指令；調(diào)制模塊，用于將調(diào)制電壓指令經(jīng)pwm整流模塊整流后，輸入柔性母聯(lián)控制器，實(shí)現(xiàn)對柔性母聯(lián)控制器的調(diào)制。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請是參照根據(jù)本申請實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。