[发明专利]静止同步发电机故障穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种H桥级联链式结构静止同步发电机故障穿越控制方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，能源的需求与日俱增，大规模新能源、分布式电源、输电系统、冲击性/非线性负荷大量接入电力系统。然而，以风电、光伏为代表的新能源、冲击性/非线性负荷大规模接入，其静态出力特性和动态响应特性与常规同步发电机具有显著差异，对系统的供电充裕性(电力负荷峰谷差增大等)和运行稳定性(不具有惯性响应、不参与调频调压等)产生较大的影响；同时，基于现有控制方式下新能源发电设备的稳定运行依赖于强电网，而限于我国新能源分布的实际情况，大规模新能源多处于电网末端，电网强度较弱，影响新能源发电设备的稳定运行，进而影响电网的稳定。另外，分布式电源和直流输电系统的大量接入，同样对电网的稳定产生一定的影响，且弱电网下分布式电源和直流输电系统存在类似的运行稳定问题。

而静止同步发电机以高压大容量STATCOM与电池储能等成熟技术为基础，以先进的同步控制方式为核心，兼备传统同步发电机的惯性和同步/阻尼转矩特性及电压调节特性，可根据间歇式能源出力及负荷变化情况实时、快速调节公共并网点电压频率及幅值，进而改善其动态特性，增强并网点电网强度，是应对大规模新能源、分布式电源、输电系统、冲击性/非线性负荷大量接入电力系统引起频率、电压变化的有效手段。

H桥级联链式结构静止同步发电机(如图1所示)具有容量大，可实现储能电池分散接入等特点，有利于提高电池利用率及使用寿命，但其应对电网不平衡能力差。当电网发生不对称短路故障时，不仅无法提供动态无功支撑，也无法保障自身的相间均压控制。本发明专利可有效解决该技术难题。

目前，仅有ABB于2009年率先开发出了集成高压大容量STATCOM与电池储能技术的静止同步发电机(SSG)产品，并在英国诺福克郡风电场进行了示范应用。其在技术路线上采用IGBT串联技术，多个IGBT串联到所需电压等级后再应用到三电平电路拓扑结构中，最终实现中、高压并网，如图2所示。但这种拓扑结构对IGBT器件串联、电池工艺等提出了很高要求，限于国内器件制造水平和工艺，难以实现开发和利用。

发明内容

本发明专利是一种H桥级联链式结构静止同步发电机故障穿越控制方法，通过注入零序电压来消除电网电压发生不对称短路故障时，负序电压与正序无功电流造成的三相相间功率不平衡，进而实现动态无功支撑，解决不对称短路故障或电网不平衡条件下H桥级联链式结构静止同步发电机无法运行的技术难题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

静止同步发电机故障穿越控制方法，求取每一相各个H桥单元直流电压平均值，经3s→2s变换后，对α轴、β轴分量分别进行闭环控制，获取零序电压，并将零序电压作为dq0→abc变换的0轴分量，经2r→3s变换后叠加到各个子模块调制波上实现不对称短路故障下相间均压控制及三相对称正序电流输出。

对正、负序分量进行分离，锁定正序基波分量相位，实现正负序电流的分别控制。

本发明通过闭环控制的方式自动生成零序电压，并将其叠加到H桥各个子模块上，该方式一方面可以保证在电网对称条件下各电池单元SOC的均衡；另一方面在电网不对称短路故障下，保证相间均压以及三相对称正序电流输出。

附图说明

图1是H桥级联链式结构静止同步发电机；

图2是ABB公司静止同步发电机拓扑结构图；

图3是A相电压跌落后向量图；

图4是B、C两相电压跌落后向量图；

图5是H桥级联静止同步发电机总体控制结构图；

图6是正负序分离解耦网络；

图7是零序电压生成方案。

具体实施方式

设静止同步发电机同时输出正序、负序和零序电压，如式1)所示；由于注入零序电压，可保证三相电流对称输出，因此电流中仅包含正序有功、正序无功分量，如式2)所示。