本發(fā)明專利技術公開了適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，屬于電力電子領域中的變流器控制技術。本發(fā)明專利技術應用于電解制氫系統(tǒng)的功率變流器，適合堿液、PEM制氫系統(tǒng)的并網(wǎng)接口變流器采用。該方法通過運行模式的切換可適應正常運行和故障穿越情景，在正常運行模式下可作為電壓源支撐電解槽正常運行，在故障穿越過程中可保證變流器自身不過流。此外能夠同時兼容三相對稱故障和不對稱故障下的最大化無功功率輸出，以幫助交流電網(wǎng)故障恢復。以幫助交流電網(wǎng)故障恢復。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法
[0001]本專利技術涉及電力電子領域中的變流器控制
，特別是涉及適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法。
技術介紹
[0002]在國家能源轉型的背景下，寬范圍電解氫技術能夠平抑可再生能源的波動性，實現(xiàn)綠色可再生能源的就地接入和消納。為兼容現(xiàn)存的交流電力系統(tǒng)，電解制氫系統(tǒng)往往通過功率變流器接入低壓交流配電網(wǎng)。根據(jù)交流電網(wǎng)對于低電壓穿越的要求，電解制氫系統(tǒng)功率變流器應具備一定故障時間內不脫網(wǎng)運行以及無功支撐的功能，在非對稱瞬時故障下，交流側電網(wǎng)會相應產生不平衡的電壓跌落，進而導致電解制氫系統(tǒng)的并網(wǎng)點產生負序電壓。而負序電壓的存在使得正序dq坐標系下的電壓電流分量均帶有二倍頻的諧波，使得功率變流器的最大無功功率輸出將偏離常規(guī)的參考點，單純將有功輸出控制為0并不能實現(xiàn)最大化的無功功率輸出。因此，如何快速尋找變流器的最大無功輸出參考，實現(xiàn)對交流電網(wǎng)最大無功輸出是故障穿越過程中的難點之一。
[0003]例如，一種在中國專利文獻上公開的“一種全功率變流器故障穿越無功控制方法、系統(tǒng)、介質及設備”，其公告號CN113381419A；主要針對全功率變流器并網(wǎng)的大型半直驅永磁同步風電機組，可以在風電機組故障運行狀態(tài)下，采用變無功支持系數(shù)的控制方式，根據(jù)不同的故障電壓跌落或驟升程度，實時改變無功支持系數(shù)的值，快速向電網(wǎng)注入無功電流支撐電網(wǎng)電壓，可實現(xiàn)機組的柔性故障電壓穿越，提升風電機組的并網(wǎng)可靠性。然而該方法主要針對同步風電機組，而非電解制氫系統(tǒng)與低壓交流配電網(wǎng)接入處；同時該方法針對的是故障跌落或驟升時改用無功支持系數(shù)，而無法幫助改善功率變流器的最大無功功率輸出將偏離常規(guī)的參考點等問題。
技術實現(xiàn)思路
[0004]本專利技術主要針對現(xiàn)有技術下在非對稱瞬時故障下，功率變流器的最大無功功率輸出將偏離常規(guī)的參考點的問題；提供了適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法；通過檢測分析交流電網(wǎng)側電壓信號，切換雙向功率變流器工作模式，在正常運行下利用直流下垂控制穩(wěn)定直流側母線電壓，實現(xiàn)電解制氫的正常運行；在故障穿越過程中利用斜率掃描法實現(xiàn)最大無功輸出模型的快速尋優(yōu)，從而在保證變流器輸出限流的情況下為交流電網(wǎng)提供最大無功支撐，保證多工況寬范圍的電解制氫系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
[0005]本專利技術的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，包括如下步驟：S1、利用變流器交流端口的電壓和電流傳感器分別采樣獲得雙向功率變流器當前交流端口電壓v
t,abc
和交流側輸出電流i
vg,abc
；利用直流電壓、電流傳感器分別采樣獲得雙向功率變流器直流端口電壓v
dc
、直流端口電流i
dc
；S2、利用Clark變換計算αβ坐標系下的電壓電流值v
t,αβ
和i
vg,αβ
，基于延時消除的正
負序提取方法，根據(jù)采樣得到的電壓電流值計算v
t,abc
和i
vg,abc
的正負序分量的正負序分量S3、利用同步旋轉坐標系鎖相環(huán)計算正序電壓基準相位θ
pll
，利用Park變換計算同步旋轉坐標系下的交流端口電壓和電流值S4、利用電壓的正負序分量和計算電壓不平衡因子n
ub
，根據(jù)不平衡因子n
ub
判斷雙向功率變流器的工作狀態(tài)，并計算變流器的電流環(huán)參考值和S5、根據(jù)計算結果，將正負序電流指令分別送入PI控制模塊計算控制占空比，控制變流器開關實現(xiàn)故障穿越。
[0006]本專利技術提供了適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法；通過檢測分析交流電網(wǎng)側電壓信號，切換雙向功率變流器工作模式，在正常運行下利用直流下垂控制穩(wěn)定直流側母線電壓，實現(xiàn)電解制氫的正常運行；在故障穿越過程中利用斜率掃描法實現(xiàn)最大無功輸出模型的快速尋優(yōu)，從而在保證變流器輸出限流的情況下為交流電網(wǎng)提供最大無功支撐，保證多工況寬范圍的電解制氫系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
[0007]作為優(yōu)選，在步驟S2中根據(jù)下述公式計算正負序分量：其中，為交流電網(wǎng)額定頻率。通過公式計算得到后續(xù)計算所需的交流電壓和交流電流值。
[0008]作為優(yōu)選，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算電壓不平衡因子n
ub
：
[0009]作為優(yōu)選，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算正常運行模式下電流環(huán)參考值：其中，為直流側額定電壓，m為下垂系數(shù)，K
vp
為電壓環(huán)PI控制模塊比例系數(shù)，K
vi
為電流環(huán)PI控制模塊積分系數(shù)。
[0010]作為優(yōu)選，步驟S4中，所述根據(jù)不平衡因子n
ub
判斷雙向功率變流器工作狀態(tài)的方
法為：若n
ub
<n
Th
且其中，V
*
為交流端口額定電壓幅值，n
Th
和η
Th
分別為對應的故障檢測閾值，則雙向功率變流器工作在下垂控制模式下，變流器的電流環(huán)參考值由直流下垂環(huán)和電壓外環(huán)的PI控制模塊計算得到；若n
ub
>n
Th
或n
ub
<n
Th
且則雙向功率變流器工作在故障穿越模式下，以最大化無功輸出為目標函數(shù)，在約束條件下構建無功參考值尋優(yōu)模型，獲得無功輸出參考值以有功功率振蕩抑制為目標計算內環(huán)電流指令利用電壓不平衡因子以及電壓相量的幅值判斷交流側是否存在故障。
[0011]作為優(yōu)選，所述目標函數(shù)的約束條件包括：作為優(yōu)選，所述目標函數(shù)的約束條件包括：可以通過約束條件來求尋優(yōu)模型下的無功參考值解集，并獲得最終的輸出參數(shù)。
[0012]作為優(yōu)選，通過無功參考值尋優(yōu)模型獲得無功輸出參考值的方法如下：S71、構建無功參考值尋優(yōu)模型分別求出各個約束條件下的無功參考值值S72、求S73、增加斜率，令S74、得到S75、判斷是否大于S76、若是則將k
n
更新為k
n
＝k
n
?1+Δk，進入下一次迭代；反之則令k
n
＝k
n
?1?
Δk，進入下一次迭代；S77、經(jīng)過多次迭代后得到無功輸出參考值
[0013]根據(jù)無功、有功參考值，在抑制有功二倍頻振蕩的條件下計算電流環(huán)參考值通過電流環(huán)控制器得到占空比，進而通過PWM調制控制變流器開關管。
[0014]作為優(yōu)選，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算作為優(yōu)選，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算作為優(yōu)選，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算通過公式計算得到約束條件所需參數(shù)值，方便后續(xù)的計算過程。
[0015]作為優(yōu)選，在步驟S6中根據(jù)下述公式計算作為優(yōu)選，在步驟S6中根據(jù)下述公式計算其中，所述所述所述所述所述所述所述所述所述所述
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的優(yōu)點有：1、本專利技術僅需要采集本地本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、利用變流器交流端口的電壓和電流傳感器分別采樣獲得雙向功率變流器當前交流端口電壓v
t,abc
和交流側輸出電流i
vg,abc
；利用直流電壓、電流傳感器分別采樣獲得雙向功率變流器直流端口電壓v
dc
、直流端口電流i
dc
；S2、利用Clark變換計算αβ坐標系下的電壓電流值v
t,αβ
和i
vg,αβ
，基于延時消除的正負序提取方法，根據(jù)采樣得到的電壓電流值計算v
t,abc
和i
vg,abc
的正負序分量S3、利用同步旋轉坐標系鎖相環(huán)計算正序電壓基準相位θ
pll
，利用Park變換計算同步旋轉坐標系下的交流端口電壓和電流值S4、利用電壓的正負序分量和計算電壓不平衡因子n
ub
，根據(jù)不平衡因子n
ub
判斷雙向功率變流器的工作狀態(tài)，并計算變流器的電流環(huán)參考值和S5、根據(jù)計算結果，將正負序電流指令分別送入PI控制模塊計算控制占空比，控制變流器開關實現(xiàn)故障穿越。2.根據(jù)權利要求1所述的適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，其特征在于，在步驟S2中根據(jù)下述公式計算正負序分量：其中，ω
*
為交流電網(wǎng)額定頻率。3.根據(jù)權利要求1所述的適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，其特征在于，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算電壓不平衡因子n
ub
：4.根據(jù)權利要求1所述的適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，其特征在于，在步驟S4中根據(jù)下述公式計算正常運行模式下電流環(huán)參考值：其中，為直流側額定電壓，m為下垂系數(shù)，K
vp
為電壓環(huán)PI控制模塊比例系數(shù)，K
vi
為電流環(huán)PI控制模塊積分系數(shù)。5.根據(jù)權利要求1所述的適用于寬范圍靈活制氫的功率變流器故障穿越控制方法，其
特征...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：章寒冰，葉吉超，吳曉剛，趙漢鷹，張磊，胡鑫威，盧武，施進平，呂曉英，王立娜，王鴻，黃慧，鄭華，韓劍，王慕賓，
申請(專利權)人：國網(wǎng)浙江省電力有限公司麗水供電公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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