含双向晶闸管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法

摘要

本发明公开了一种基于含双向晶闸管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，该控制器由可控变压器，电压、电流传感器和测量与控制模块构成。该无功补偿的控制方法是利用可控变压器可迅速导通、关断的电力电子开关，控制可控变压器输出侧(副边)的导通与关断，同时增加四组双向晶闸管改变交叉相绕组导通方向，从而最大范围改变可控变压器输出电压的相位、幅值，通过比例积分控制器跟随设定电压及有功功率，实现有功功率和无功功率的实时调节，对风电场进行无功补偿。当风电场风速发生较大变化引起无功不足时，该方法可以快速提高PCC并网点电压，提供无功补偿，并且具有成本低廉、可靠性高的特点。

主权项

一种基于含双向晶闸管的可控变压器风力发电并网无功补偿的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤①、将可控变压器的副边与所述的远方电网相连，可控变压器的原边与风电场出口端相连，测量与控制模块初始化，接收上位机给定的电压给定值V₀和有功功率的给定值P₀；可控变压器分接头变比N；ω₀为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数k_p1和k_i1，1≤k_p1≤100,1≤k_i1≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数k_p2和k_i2，1≤k_p2≤100,1≤k_i2≤100，初设值均为10，由操作员按风电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压V_in、输出电压V_out、输出电流I_out，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压V_in的幅值为|V_in|，输出电压V_out的幅值为|V_out|，输出电流I_out的幅值为|I_out|，输出电压基波的初始幅值为V¹_out，远方电网电压V_电网2的信息和输电线路电抗值L，远方电网电压V_电网2的幅值为V₂，相角为α；按下列公式计算实测有功功率P：$P=\frac{1}{\sqrt{2}}{V}_{out}{I}_{out}cos\beta$根据给定的有功功率P₀，计算可控变压器的输出电压初始相角θ₀$P_0=\frac{V_2{V}_{out}}{{\omega }_{0}L}sin(\alpha -{\theta }_0)$按照风电场运行状况，进行无功功率补偿和有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出的有功功率和无功功率；步骤③、根据有功功率P₀及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μ_S1：μ_S1＝P₀‑P，其中P为实测有功功率；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μ_C1，计算公式如下：μ_C1＝k_p1μ_S1+k_i1∫μ_S1dt；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ₀+μ_C1；其中，θ₀为可控变压器电压相角设定初值；步骤④、根据电压给定值V₀及实测输出电压V_out，计算可控变压器的输出电压幅值V_out1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μ_S2：μ_S2＝V₀‑V_out，其中V_out为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μ_C2，计算公式如下：μ_C2＝k_p2μ_S2+k_i2∫μ_S2dt，其中，k_p2和k_i2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值V_out1，$V_{out1}=V_{out}^1+{\mu }_{C2}$步骤⑤、计算调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值V_out1代入下述公式，求得输出电压参考值V_outref：$\begin{array}{c}{V}_{outref}=V_{out1}\sin ({\omega }_{0}t-\theta )\\ =(V_{in}*\sqrt{{[(1+N)D_1+(1-N)(1-D_1)-\frac{N}{2}]}^2+{(\sqrt{3}{\mathrm{ND}}_2-\frac{\sqrt{3}}{2}N)}^2})*\sin ({\omega }_{0}t-\theta )\end{array}$$\theta =arctan\left(\frac{\sqrt{3}{\mathrm{ND}}_2-\frac{\sqrt{3}}{2}N}{[(1+N)D_1+(1-N)(1-D_1)]}\right)$设K₁为双向晶闸管S_a1和S_a3开关信号，K₂为双向晶闸管S_a2和S_a4开关信号，此控制信号有两种工作状态：(1)当电压相角θ取“+”时，K₁＝1，K₂＝0，双向晶闸管Sa₁和S_a3导通，双向晶闸管S_a2和S_a4关断，两相绕组正向导通；(2)当电压相角θ取“‑”时，K₁＝0，K₂＝1，双向晶闸管S_a1和S_a3关断，双向晶闸管S_a2和S_a4导通，两相绕组反向导通；可得到绝缘栅双极型晶体管的脉宽调制信号中的第一功率单元占空比控制信号D1和第二功率单元占空比控制信号D2；步骤⑥、根据脉宽调制占空比D1和D2，向绝缘栅双极型晶体管脉宽调制信号控制绝缘栅双极型晶体管的导通；步骤⑦重复步骤②至步骤⑥，根据所获得的脉宽调制占空比D1和D2，通过控制绝缘栅双极型晶体管的导通实现对风电场的无功补偿。