本發(fā)明涉及電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于SVG(StaticVarGenerator，靜止無功發(fā)生器)的動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法。
背景技術(shù)：
：我國地域遼闊，能源和負(fù)荷分布卻很不均勻，因而形成大容量發(fā)電機(jī)組、高功率輸電線路和重負(fù)荷是必然的。目前，我國大力發(fā)展各種高電壓長距離輸電工程，輸電線路的電壓等級越來高，這樣雖然能夠有效地解決傳輸功率不足的問題，但是從電網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)來看，弱聯(lián)系、長距離和重負(fù)荷會使電力系統(tǒng)的阻尼變?nèi)?，?dāng)某區(qū)域發(fā)生擾動(dòng)后，電力系統(tǒng)會產(chǎn)低頻振蕩，若此時(shí)電力系統(tǒng)的阻尼不足或阻尼為負(fù)時(shí)，則該低頻振蕩將會持續(xù)很長時(shí)間才能平息，甚至可能會產(chǎn)生增幅，從而進(jìn)一步導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電電機(jī)失步解列(即電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率不一致)，嚴(yán)重影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為解決電網(wǎng)的低頻振蕩問題，目前主要采用如下幾種抑制電網(wǎng)低頻振蕩的裝置：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)、靜止無功補(bǔ)償器(SVC)和儲能系統(tǒng)。但是，上述抑制裝置均未采用全控型功率器件，因而對輸電系統(tǒng)中的低頻振蕩的抑制效果非常有限。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺陷，提供一種基于SVG并能動(dòng)態(tài)、有效地抑制電網(wǎng)的低頻振蕩的給定前饋控制方法。解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明提供一種基于SVG動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法，所述控制方法包括如下步驟：1)采集電網(wǎng)三相電流；2)將所述電網(wǎng)三相電流變換成有功電流實(shí)際值和無功電流實(shí)際值；3)分別對所述有功電流實(shí)際值和無功電流實(shí)際值進(jìn)行濾波處理，然后取反得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量和無功電流分量；4)在所述抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量中加入有功電流給定值，以得到總有功電流給定值，以及在所述抑制電網(wǎng)低頻振蕩的無功電流分量中加入無功電流給定值，以得到總無功電流給定值；5)分別對所述總有功電流給定值和所述總無功電流給定值進(jìn)行閉環(huán)控制，以得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，從而抑制電網(wǎng)的低頻振蕩。優(yōu)選地，在所述步驟1)中，采用SVG內(nèi)置的電流傳感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)三相電流的采集。優(yōu)選地，所述步驟2)具體為：使三相靜止坐標(biāo)系下的所述電網(wǎng)三相電流通過abc/dq坐標(biāo)變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的所述有功電流實(shí)際值和無功電流實(shí)際值。優(yōu)選地，在所述步驟3)中，采用模態(tài)濾波器分別對所述有功電流實(shí)際值和無功電流實(shí)際值進(jìn)行濾波處理，所述模態(tài)濾波器包括依次連接的低通濾波器和帶通濾波器。優(yōu)選地，在所述步驟3)中，所述帶通濾波器以其輸入信號的低頻振蕩頻率為中心頻率。優(yōu)選地，在所述步驟3)中，所述抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量和無功電流分量的頻率范圍為0.1～2.5Hz。優(yōu)選地，所述步驟5)具體為：51)對所述總有功電流給定值和所述有功電流實(shí)際值做差， 形成對應(yīng)的偏差值，對該偏差值進(jìn)行比例積分控制，以得到與所述總有功電流給定值對應(yīng)的控制量，以及，對所述總無功電流給定值和所述無功電流實(shí)際值做差，形成對應(yīng)的偏差值，對該偏差值進(jìn)行比例積分控制，以得到與所述總無功電流給定值對應(yīng)的控制量；52)將與所述總有功電流給定值對應(yīng)的控制量和與所述總無功電流給定值對應(yīng)的控制量變換成抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量；53)對所述抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，以生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號，并對SVG中的可關(guān)斷電力電子器件進(jìn)行控制，以產(chǎn)生抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，從而抑制電網(wǎng)的低頻振蕩。優(yōu)選地，所述步驟52)具體為：使兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的與所述總有功電流給定值對應(yīng)的控制量和與所述總無功電流給定值對應(yīng)的控制量通過dq/abc坐標(biāo)變換，得到三相靜止坐標(biāo)系下的所述抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量。優(yōu)選地，所述控制方法采用DSP實(shí)現(xiàn)。有益效果：本發(fā)明所述動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法在現(xiàn)有SVG雙環(huán)(電流內(nèi)環(huán)+直流電壓外環(huán)/無功功率外環(huán))解耦PI控制策略的電流環(huán)中加入給定前饋等效阻尼控制策略，具體地，在抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref中加入有功電流給定值Id_ref(屬于現(xiàn)有SVG雙環(huán)解耦PI控制策略中的已知參數(shù))，以得到總有功電流給定值，以及在抑制電網(wǎng)低頻振蕩的無功電流分量iq_ref中加入無功電流給定值Iq_ref(屬于現(xiàn)有SVG雙環(huán)解耦PI控制策略中的已知參數(shù))，以得到總無功電流給定值，分別對總有功電流給定值和總無功電流給定值進(jìn)行閉環(huán)控制，以得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，從而在現(xiàn)有SVG控制策略的基礎(chǔ)上有效地補(bǔ)償(抑制)了電網(wǎng)中的低頻振蕩。可見，本發(fā)明在現(xiàn)有SVG雙環(huán)解耦PI控制策略的基礎(chǔ)上增加了在線動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的 控制算法，且現(xiàn)有SVG采用全控型功率器件，因而可以有效地為風(fēng)力發(fā)電場提供正阻尼，有效地改善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明具有簡單、易于實(shí)現(xiàn)、成本低的優(yōu)點(diǎn)，相比于現(xiàn)有其它抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制策略，可以使SVG根據(jù)實(shí)時(shí)的抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流快速地輸出更加精確的有功功率和無功功率，從而能有效解決電網(wǎng)中的低頻振蕩問題。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述基于SVG的動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述模態(tài)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中步驟S500的子流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述基于SVG的動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法的應(yīng)用示意圖；圖5為強(qiáng)阻尼系統(tǒng)下應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法和未應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法的電網(wǎng)功率波動(dòng)圖形；圖6為弱阻尼系統(tǒng)下應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法和未應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法的電網(wǎng)功率波動(dòng)圖形；圖7為負(fù)阻尼系統(tǒng)下應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法和未應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法的電網(wǎng)功率波動(dòng)圖形。具體實(shí)施方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。采用全控型功率器件(IGBT)的SVG以其靈活的控制性能和快速的動(dòng)態(tài)特性，受到了用戶的青睞，SVG(StaticVarGenerator，靜止無功發(fā)生器)是一種并聯(lián)的、能進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)娜匦徒涣鬏斉潆娧b置，可在容性和感性范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度快，本發(fā)明應(yīng)用其抑制電網(wǎng)的低頻振蕩具有更好的阻尼效果，從而為風(fēng)力發(fā)電場提供正阻尼，有效地改善了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本 發(fā)明采用的控制策略包括：對抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量和無功電流分量的濾波篩選，模態(tài)濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，給定前饋等效阻尼控制策略的設(shè)計(jì)，以及基于SVG抑制電網(wǎng)低頻振蕩的整體控制方案，下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例：如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于SVG的在線動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法，其包括如下步驟：S100.采集電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic。優(yōu)選地，采用SVG內(nèi)置的電流傳感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic的采集。S200.將電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic變換成有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值iq。優(yōu)選地，步驟S200具體為：使三相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic通過abc/dq坐標(biāo)變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值iq。具體地，對電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic進(jìn)行三相-兩相(3s/2r)坐標(biāo)變換，即在三相靜止坐標(biāo)系abc和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq之間進(jìn)行變換，從而得到有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值iq。三相-兩相坐標(biāo)變換所采用的公式如下：idiq=23sinαsin(α-23π)sin(α+23π)cosαcos(α-23π)cos(α+23π)iaibic]]>上式中的參數(shù)α為d軸與a軸夾角。S300.分別對有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值iq進(jìn)行濾波處理，然后取反得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref和無功電流分量iq_ref，即得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的成分。優(yōu)選地，抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref和無功電流分量iq_ref包括頻率和幅值，且頻率范圍為0.1～2.5Hz。在步驟S300中，采用模態(tài)濾波器分別對有功電流實(shí)際值id 和無功電流實(shí)際值iq進(jìn)行濾波處理，模態(tài)濾波器包括依次連接的低通濾波器和帶通濾波器(如圖2所示)。優(yōu)選地，帶通濾波器以其輸入信號的低頻振蕩頻率為中心頻率。優(yōu)選地，在模態(tài)濾波器中，低通濾波器的截止頻率高于帶通濾波器的上限截止頻率，使得低通濾波器先濾除了大部分無用的信號，再經(jīng)過帶通濾波器的窄帶濾波，有效地篩選出抑制電網(wǎng)低頻振蕩的成分，即篩選出抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref和無功電流分量iq_ref。以低頻振蕩頻率值為1Hz為例，選擇低通濾波器的截止頻率為5Hz，帶通濾波器的中心頻率為1Hz，則低通濾波器的傳遞函數(shù)G1和帶通濾波器的傳遞函數(shù)G2分別如下：G1=986.96s2+31.4s+986.96]]>G2=6.28ss2+6.28s+39.44]]>S400.在抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref中加入有功電流給定值Id_ref，以得到總有功電流給定值，以及在抑制電網(wǎng)低頻振蕩的無功電流分量iq_ref中加入無功電流給定值Iq_ref，以得到總無功電流給定值。其中，有功電流給定值Id_ref和無功電流給定值Iq_ref均屬現(xiàn)有SVG雙環(huán)解耦PI控制策略中的已知參數(shù)，此處不再贅述。S500.分別對總有功電流給定值和總無功電流給定值進(jìn)行閉環(huán)控制，以得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，從而抑制電網(wǎng)的低頻振蕩?？梢钥闯?，步驟S400和S500是通過在現(xiàn)有SVG雙環(huán)解耦PI控制策略的電流環(huán)中加入給定前饋等效阻尼控制策略(即加入抑制電網(wǎng)低頻振蕩的成分)來實(shí)現(xiàn)的，抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref和抑制電網(wǎng)低頻振蕩的無功電流分量iq_ref都屬于抑制電網(wǎng)低頻振蕩的成分。優(yōu)選地，如圖3所示，步驟S500包括如下步驟：S501.對總有功電流給定值和有功電流實(shí)際值id做差，形成 對應(yīng)的偏差值，對該偏差值進(jìn)行比例積分(PI)控制，以得到與總有功電流給定值對應(yīng)的控制量，以及，對總無功電流給定值和無功電流實(shí)際值iq做差，形成對應(yīng)的偏差值，對該偏差值進(jìn)行比例積分(PI)控制，以得到與總無功電流給定值對應(yīng)的控制量。S502.將與總有功電流給定值對應(yīng)的控制量和與總無功電流給定值對應(yīng)的控制量變換成抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量。優(yōu)選地，使兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的與總有功電流給定值對應(yīng)的控制量和與總無功電流給定值對應(yīng)的控制量通過dq/abc坐標(biāo)變換，得到三相靜止坐標(biāo)系下的抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量。具體地，對與總有功電流給定值對應(yīng)的控制量kd和與總無功電流給定值對應(yīng)的控制量kq進(jìn)行兩相-三相(2r/3s)坐標(biāo)變換，即在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq和三相靜止坐標(biāo)系abc之間進(jìn)行變換，從而得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量ka,kb,kc。兩相-三相坐標(biāo)變換所采用的公式如下：kakbkc=sinαcosαsin(α-23π)cos(α-23π)sin(α+23π)cos(α+23π)kdkq]]>上式中的參數(shù)α為d軸與a軸夾角。S503.對抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)，以生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號，并對SVG中的可關(guān)斷電力電子器件(全控型開關(guān)管，例如IGBT)進(jìn)行控制，即控制相應(yīng)的全控型開關(guān)管動(dòng)作，以產(chǎn)生抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，從而抑制電網(wǎng)的低頻振蕩。在實(shí)際應(yīng)用中，步驟S100至步驟S500是循環(huán)往復(fù)的，換言之，每采集到一組電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic，就按照步驟S200至步驟S500所述的方法對其進(jìn)行處理，以產(chǎn)生對應(yīng)的抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，使SVG根據(jù)實(shí)時(shí)的抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流輸 出精確的有功功率和無功功率，從而能夠動(dòng)態(tài)、有效地抑制電網(wǎng)的低頻振蕩。本實(shí)施例中，所述控制方法可采用數(shù)字信號處理器(DSP,DigitalSignalProcessing)實(shí)現(xiàn)，其具有在線、實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用SVG內(nèi)置的電流傳感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)三相電流的采集時(shí)，由于電流傳感器輸出的信號無法直接被DSP識別，因此所述控制方法中還需要先將電流傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成DSP可讀的信號后再進(jìn)行步驟S200。下面結(jié)合圖4詳細(xì)描述采用DSP實(shí)現(xiàn)的基于SVG的動(dòng)態(tài)抑制電網(wǎng)低頻振蕩的給定前饋控制方法。圖4中，PI表示比例積分控制器(即PI控制器)，PWM表示脈沖寬度調(diào)制模塊(即PWM模塊)。采用SVG內(nèi)置的電流傳感器實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic；使三相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)三相電流ia,ib,ic通過abc/dq坐標(biāo)變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的有功電流實(shí)際值id和無功電流實(shí)際值iq，然后分別輸出至模態(tài)濾波器，由模態(tài)濾波器中的低通濾波器和帶通濾波器對有功電流實(shí)際值id/無功電流實(shí)際值iq依次進(jìn)行低通濾波和帶通濾波處理，然后取反得到抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref/無功電流分量iq_ref；在抑制電網(wǎng)低頻振蕩的有功電流分量id_ref中加入有功電流給定值Id_ref，得到總有功電流給定值，以及在抑制電網(wǎng)低頻振蕩的無功電流分量iq_ref中加入無功電流給定值Iq_ref，得到總無功電流給定值；分別對總有功電流給定值和總無功電流給定值進(jìn)行閉環(huán)控制，即對總有功電流給定值和有功電流實(shí)際值做差，形成對應(yīng)的偏差值，使該偏差值通過PI控制器，得到與總有功電流給定值對應(yīng)的控制量，以及，對總無功電流給定值和無功電流實(shí)際值做差，形成對應(yīng)的偏差值，使該偏差值通過PI控制器，得到與總無功電流給定值對應(yīng)的控制量；使兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的與總有功電流給定值對應(yīng)的控制量和與總無功電流給定值對應(yīng)的控制量通過dq/abc坐標(biāo)變換，得到三相靜止坐標(biāo)系 下的抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量；使抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量通過PWM模塊，即對抑制電網(wǎng)低頻振蕩的控制量進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，以生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號，并對SVG中的可關(guān)斷電力電子器件進(jìn)行控制，以產(chǎn)生抑制電網(wǎng)低頻振蕩的補(bǔ)償電流，從而抑制電網(wǎng)的低頻振蕩。需要說明的是，將SVG原有的直流電壓外環(huán)的直流電壓給定值udc_ref與直流電壓實(shí)際值udc做差，形成有功功率偏差值ΔP，該有功功率偏差值ΔP經(jīng)PI控制器進(jìn)行比例積分控制后得到有功電流給定值Id_ref；將SVG原有的無功功率外環(huán)的無功功率給定值Qm_ref與無功功率實(shí)際值Qm做差，形成無功功率偏差值ΔQ，該無功功率偏差值ΔQ經(jīng)PI控制器進(jìn)行比例積分控制后得到無功電流給定值Iq_ref，其中，直流電壓外環(huán)的直流電壓給定值udc_ref、直流電壓實(shí)際值udc、無功功率外環(huán)的無功功率給定值Qm_ref和無功功率實(shí)際值Qm均為現(xiàn)有SVG雙環(huán)解耦PI控制策略中的已知參數(shù)。本發(fā)明還對所述控制方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果如圖5、圖6和圖7所示，圖5至圖7依次為強(qiáng)阻尼、弱阻尼和負(fù)阻尼系統(tǒng)下應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法和未應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法的電網(wǎng)功率波動(dòng)圖形，而且仿真圖中實(shí)線為應(yīng)用本發(fā)明所述控制方法而得到的仿真波形，虛線為現(xiàn)有技術(shù)的仿真波形，可以看出，本發(fā)明所述控制方法在強(qiáng)阻尼、弱阻尼和負(fù)阻尼系統(tǒng)下均能有效地抑制電網(wǎng)的功率波動(dòng)，從而證明了本發(fā)明所述控制方法的準(zhǔn)確性、簡易性和可靠性，為工程應(yīng)用提供了很好的參考價(jià)值。可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3