СИСТЕМА И СПОСОБ КОНТРОЛЯ СИСТЕМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КОНВЕРТЕРОВ Российский патент 2021 года по МПК H02J3/36 H02J3/12 

Техническая область

[0001] Настоящее изобретение относится к области техники гибкой передачи постоянного тока электротехническими системами, в частности относится к системе и способу контроля системы параллельных конвертеров.

Уровень техники

[0002] Технологии гибкой передачи постоянного тока позволяют эффективно реализовать широкомасштабное подключение к сети альтернативных источников энергии, обеспечивая высокоэффективную концентрацию, гибкую передачу и распределенное расходование альтернативных энергоресурсов. При концентрации альтернативных источников энергии посредством высоковольтной и обладающей высокой пропускной способностью гибкой системы постоянного тока с целью повышения надежности обычно осуществляется параллельное соединение нескольких конвертеров, благодаря этому, если происходит сбой одного конвертера, часть мощности переводится на другие конвертеры, тем самым снижая потери мощности. Достаточно часто встречается двухполюсная топология, при которой конвертеры источника напряжения параллельно подключаются к одной и той же или к сопряженным питающим линиям.

[0003] Когда в гибкую сеть постоянного тока включается островная система альтернативных источников энергии, конвертер должен обеспечивать стабильное напряжение переменного тока для островной сети, при этом общая мощность гибкой системы постоянного тока определяется островной системой альтернативных источников энергии. Когда в островную систему, содержащую альтернативные источники энергии, параллельно подключаются несколько конвертеров, то помимо необходимости предоставления островной сети стабильного напряжения переменного тока, также нужно учитывать координированный контроль нескольких конвертеров, в частности, то, как в нормальных условиях обеспечить равномерную мощность, передаваемую несколькими конвертерами, или как обеспечить соответствующую установкам пропорциональную передаваемую мощность, а также как ограничить максимальную мощность конвертера при перегрузке конвертера.

[0004] Для осуществления выхода альтернативных энергоресурсов с высокой пропускной способностью посредством островного подключения с помощью нескольких параллельно подключенных конвертеров необходимо использовать способ и систему контроля нескольких параллельно соединенных конвертеров, работающих в островном режиме. Это позволит осуществлять координированное управление несколькими конвертерами.

Сущность изобретения

[0005] Цель настоящего изобретения состоит в раскрытии способа и системы островного контроля системы параллельно соединенных конвертеров; этот способ предусматривает применение справочных сигналов контроля тока нескольких конвертеров, генерируемых общим контроллером контроля напряжения переменного тока, что позволяет осуществлять контроль напряжения переменного тока островной электросети, а также распределение мощности между несколькими параллельно соединенными конвертерами и ограничение мощности.

[0006] Для решение вышеупомянутой задачи в настоящем изобретении предлагается следующее решение:

[0007] Способ контроля системы параллельных конвертеров, при котором вышеупомянутая система контроля конвертеров включает по крайней мере два параллельных конвертера источника напряжения, которые параллельно подключены к одному и тому же или сопряженным питающим линиям переменного тока; при этом вышеупомянутая система параллельных конвертеров включает по крайней мере один конвертер, работающий в островном контрольном режиме; при этом вышеупомянутый способ контроля включает следующие этапы:

[0008] 1) вычисление справочного значения фазы напряжения системы θ_ref в соответствии со справочным значением частоты F_ref;

[0009] 2) измерение напряжения питающей линии на питающей линии переменного тока;

[0010] 3) обработка напряжения питающей линии для получения справочного значения активного тока I_dref и справочного значения реактивного тока I_qref, при этом вышеупомянутое справочное значение активного тока I_dref и справочное значение реактивного тока I_qref определяются справочным значением действующего значения напряжения питающей линии и справочным значением фазы напряжения системы θ_ref;

[0011] 4) справочное значение активного тока I_dref, справочное значение реактивного тока I_qref и справочное значение фазы напряжения системы θ_ref отправляются на каждый конвертер, работающий в островном контрольном режиме, в качестве контрольных сигналов конвертера;

[0012] 5) в соответствии с полученным контрольным сигналом на каждом отдельном конвертере, работающем в островном контрольном режиме, осуществляется контроль активного тока данного конвертера в соответствии со справочным значением активного тока I_dref и контроль реактивного тока в соответствии со справочным значением реактивного тока I_qref;

[0013] Предметом контроля для вышеупомянутых конвертеров, работающих в островном контрольном режиме, является контроль амплитуды и частоты напряжения питающей линии переменного тока.

[0014] При вышеупомянутом способе контроля системы параллельных конвертеров вышеупомянутое справочное значение частоты F_ref является номинальной частотой системы F_n или F_ref = F_n + K_f(P_ref-P), где K_f - это коэффициент пропорциональности с диапазоном значений от -100 до 100, P_ref - справочное значение общей активной мощности параллельных конвертеров, а P - фактическая общая мощность параллельных конвертеров.

[0015] При вышеупомянутом способе контроля системы параллельных конвертеров на этапе 4) перед отправкой вышеупомянутого контрольного сигнала конвертера на конвертер №i, работающий в островном контрольном режиме, справочное значение активного тока I_dref умножается на коэффициент распределения K_di, в результате чего получается справочное значение активного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_drefi; справочное значение реактивного тока I_qref может умножаться на коэффициент распределения K_qi, в результате чего получается справочное значение реактивного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_qrefi; при этом 0≤K_di≤1, 0≤K_qi≤1, а диапазон значений і составляет от 1 до количества конвертеров, работающих в островном режиме контроля; коэффициент распределения активной мощности каждого конвертера K_d и коэффициент распределения реактивной мощности каждого конвертера K_qмогут быть одинаковыми или различными.

[0016] При вышеупомянутом способе контроля системы параллельных конвертеров на этапе 5) любой из вышеупомянутых конвертеров, работающих в островном режиме контроля, управляется векторным управлением.

[0017] При вышеупомянутом способе контроля системы параллельных конвертеров в случае необходимости ограничения активной мощности любого из конвертеров величина справочного значения активного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению активного тока I_dlim; в случае необходимости ограничения реактивной мощности любого из конвертеров величина справочного значения реактивного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению реактивного тока I_qlim;

[0018] Вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim определяется одним из двух следующих путей:

[0019] i) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального активного тока конвертера;

[0020] ii) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения активной мощности данного конвертера от фактической активной мощности;

[0021] Вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim определяется одним из двух следующих путей:

[0022] i) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального реактивного тока конвертера;

[0023] ii) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения реактивной мощности данного конвертера от фактической реактивной мощности.

[0024] Система контроля системы параллельных конвертеров, при которой вышеупомянутая система параллельных конвертеров включает по крайней мере два параллельных конвертера источника напряжения, при этом вышеупомянутые конвертеры параллельно подключены к одной и той же или сопряженным питающим линиям переменного тока, характеризующаяся тем, что вышеупомянутая система контроля включает общий контроллер напряжения переменного тока и отдельные контроллеры тока каждого конвертера, при этом вышеупомянутые контроллеры напряжения переменного тока включают следующие звенья:

[0025] звено генерации справочного значения фазы: вычисление справочного значения фазы напряжения системы θ_ref в соответствии со справочным значением частоты F_ref;

[0026] звено измерения напряжения переменного тока: измерение напряжения питающей линии на питающей линии переменного тока;

[0027] звено вычисления справочного значения тока: обработка измеренного напряжения питающего провода для получения справочного значения активного тока I_dref и справочного значения реактивного тока I_qref; при этом вышеупомянутое справочное значение активного тока I_dref и справочное значение реактивного тока I_qref определяются только справочным значением действующего значения напряжения питающей линии и справочным значением фазы напряжения системы θ_ref;

[0028] Справочные значения активной мощности I_dref, справочное значение реактивной мощности I_qref и справочное значение фазы напряжения системы θ_ref вышеупомянутого контроллера напряжения переменного тока в качестве контрольных сигналов конвертера посредством связи отправляются на контроллер тока каждого конвертера, работающего в островном режиме контроля, в результате чего выходной активный ток каждого конвертера изменяется в соответствии со справочным значением активного тока I_dref, а реактивный ток изменяется в соответствии со справочным значением реактивного тока I_qref.

[0029] Вышеупомянутый контроллер напряжения переменного тока предназначен для работы в одном из следующих двух режимов:

[0030] i) вышеупомянутый контроллер напряжения переменного тока и контроллер тока конвертера установлены на одном и том же контрольном устройстве;

[0031] ii) вышеупомянутый контроллер напряжения переменного тока и контроллер тока конвертера установлены на разных контрольных устройствах;

[0032] Когда среди несколько контрольных устройств установлен контроллер напряжения переменного тока, в один и тот же момент для всех контроллеров тока конвертеров в соответствии с установленным приоритетом используется контрольный сигнал конвертера, выпущенный одним из контроллеров напряжения переменного тока.

[0033] При вышеупомянутой системе контроля системы параллельных конвертеров в качестве вышеупомянутого контроллера напряжения переменного тока выступает пропорционально-интегральный регулятор, контроллер с синовиальной оболочной, бесколебательный контроллер или нелинейный контроллер; в качестве вышеупомянутого контроллера тока выступает пропорционально-интегральный регулятор, контроллер с синовиальной оболочкой, бесколебательный контроллер или нелинейный контроллер.

[0034] В вышеупомянутой системе контроля системы параллельных конвертеров контроллер напряжения переменного тока также включает звено распределения мощности; для конвертера №i, работающего в островном контрольном режиме, справочное значение активного тока I_dref умножается на коэффициент распределения K_di, в результате чего получается справочное значение активного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_drefi; справочное значение реактивного тока I_qref может умножаться на коэффициент распределения K_qi, в результате чего получается справочное значение реактивного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_qrefi; при этом 0≤K_di≤1, 0≤K_qi≤1, а диапазон значений і составляет от 1 до количества конвертеров, работающих в островном режиме контроля; коэффициент распределения активной мощности каждого конвертера K_d и коэффициент распределения реактивной мощности каждого конвертера K_q могут быть одинаковыми или различными.

[0035] В вышеупомянутой системе контроля системы параллельных конвертеров вышеупомянутый контроллер тока конвертера также включает звено ограничения мощности, благодаря которому величина справочного значения активного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению активного тока I_dlim; величина справочного значения реактивного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению реактивного тока I_qlim;

[0036] Вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim определяется одним из двух следующих путей:

[0037] i) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального активного тока конвертера;

[0038] ii) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения активной мощности данного конвертера от фактической активной мощности;

[0039] Вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim определяется одним из двух следующих путей:

[0040] i) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального реактивного тока конвертера;

[0041] ii) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения реактивной мощности данного конвертера от фактической реактивной мощности.

[0042] В вышеупомянутой системе контроля системы параллельных конвертеров в случае установки контроллера напряжения переменного тока и контроллера тока на одном и том же контрольном устройстве, справочный сигнал передается посредством шины на задней панели; а в случае установки на разных контрольных устройствах - посредством стандартного протокола связи, при этом в качестве стандартного протокола могут выступать протоколы IEC60044-8, Ethernet или TDM.

[0043] При использовании вышеупомянутого решения полезный результат настоящего изобретения заключается в следующем:

[0044] (1) Способ и система контроля системы параллельных конвертеров по настоящему изобретению, при которых происходит взаимодействие контроллера контроля напряжения переменного тока верхнего уровня с несколькими контроллерами тока конвертеров нижнего уровня, функции расцеплены, что позволяет удовлетворить требования проектно-ориентированного дизайна и обеспечивает повышенную надежность.

[0045] (2) Способ и система контроля системы параллельных конвертеров по настоящему изобретению, при которых фаза напряжения системы генерируется общим контроллером контроля напряжения переменного тока верхнего уровня, что эффективно обеспечивает синхронизацию нескольких конвертеров.

[0046] (3) Способ и система контроля системы параллельных конвертеров по настоящему изобретению обладают способностью распределения мощности между параллельными конвертерами, могут при необходимости осуществлять контроль баланса или контроль разбалансировки мощности нескольких параллельных конвертеров.

[0047] (4) Способ и система контроля системы параллельных конвертеров по настоящему изобретению обладают функцией ограничения мощности, что позволяет избежать ситуации превышения отправленной командой предела мощности конвертера.

[0048] (5) Способ и система контроля системы параллельных конвертеров по настоящему изобретению, при которых функция ограничения мощности осуществляется посредством команды ограничения тока; при сбое переменного тока после ограничения командой тока конвертер переходит в режим контроля неизменного тока, что обеспечивает способность системы переменного тока функционировать при пониженном напряжении в сети.

Краткое описание изображений

[0049] Фигура 1. Схематическое изображение системы с четырьмя параллельно соединенными конвертерами

[0050] Фигура 2. Принципиальная схема способа контроля системы параллельных конвертеров

[0051] Фигура 3. Схематическое изображение структуры системы контроля системы параллельных конвертеров

[0052] Фигура 4. Блок-схема функции контроля системы параллельных конвертеров, включающей два конвертера

Конкретные варианты осуществления

[0053] Далее следует более подробное описание настоящего изобретения, сопровождающееся изображениями и конкретными вариантами осуществления.

[0054] Фигура 1 представляет собой схематическое изображение системы с четырьмя параллельно соединенными конвертерами; эта система параллельных конвертеров включает четыре параллельно соединенных конвертера: конвертер С1, конвертер С2, конвертер С3 и конвертер С4, при этом конвертер С1 подключен к питающей линии переменного тока В1 посредством перехода Т1 и вводного выключателя Q1; конвертер С2 подключен к питающей линии переменного тока В1 посредством перехода Т2 и вводного выключателя Q2; конвертер С3 подключен к питающей линии переменного тока В2 посредством перехода Т3 и вводного выключателя Q3, конвертер С4 подключен к питающей линии переменного тока В2 посредством перехода Т4 и вводного выключателя Q4, а питающая линия переменного тока В1 и питающая линия переменного тока В2 подключены к островной системе переменного тока генераторной системы, включающей альтернативные энергоресурсы.

[0055] Фигура 2 представляет собой принципиальную схему способа контроля системы параллельных конвертеров, на которой для поддержания стабильной амплитуды и частоты напряжения переменного тока островной системы переменного тока и для совместного подключения параллельных конвертеров к питающей линии переменного тока необходимы следующие контрольные этапы:

[0056] Этап 101: Вычисление справочного значения фазы напряжения системы θ_ref в соответствии со справочным значением частоты F_ref; в предпочтительном варианте осуществления θ_ref(t)= θ_ref(t-Δt)+2πF_refΔt, где θ_ref(t) - это справочное значение фазы напряжения системы в текущий момент, θ_ref(t-Δt) - это справочное значение фазы напряжения системы до цикла Δt контроля интервала, время пуска можно установить следующим образом: θ_ref(t-Δt) равно 0; здесь значение F_ref определяется двумя следующими способами:

[0057] i) это номинальная частота системы F_n, например, 50 Гц

[0058] ii) это F_ref = F_n + K_f(P_ref-P), где K_f - это коэффициент пропорциональности, подходящее значение которого в диапазоне от -100 до 100 определяется в соответствии с фактической системой, P_ref - справочное значение общей активной мощности параллельных конвертеров, а P - фактическая общая мощность параллельных конвертеров.

[0059] Этап 102: Измерение напряжения питающей линии на питающей линии переменного тока; В предпочтительном варианте осуществления измеряется напряжение трехфазной питающей линии на питающей линии переменного тока и в соответствии со справочным значением фазы напряжения системы θ_ref посредством перехода park получается d-осевая составляющая напряжения питательной линии U_sd и q-осевая составляющая напряжения питательной линии U_sq.

[0060] Этап 103: Обработка измеренного напряжения питающей линии для получения справочного значения активного тока I_dref и справочного значения реактивного тока I_qref; В предпочтительном варианте осуществления контроллер PI генерирует справочное значение активного тока I_dref по отклонению d-осевой составляющей напряжения питательной линии U_sd от действующего справочного значения напряжения питательной линии; контроллер PI генерирует справочное значение реактивного тока I_qref по отклонению q-осевой составляющей напряжения питательной линии U_sq от 0; поэтому справочное значение активного тока I_dref и справочное значение реактивного тока I_qref фактически определяются только справочным значением действующего значения напряжения питающей линии и справочным значением фазы напряжения системы θ_ref, определяющим угол оси d и оси q.

[0061] Этап 104: Справочное значение активного тока I_dref, справочное значение реактивного тока I_qref и справочное значение фазы напряжения системы θ_ref отправляются на контроллеры каждого конвертера, работающего в островном контрольном режиме, в качестве контрольных сигналов конвертера. Когда необходима функция распределения мощности, чтобы распределить мощность нескольких конвертеров, для контроллера, мощность которого необходимо снизить, можно умножить ее на коэффициент распределения мощности, составляющий менее 1. Например, если нужно, чтобы активная мощность конвертера №i, работающего в островном контрольном режиме, составляла 0,5 от других конвертеров, а реактивная мощность составляла 0,6 от других конвертеров, справочное значение активного тока I_dref, отправляемое на конвертер №i, работающий в островном контрольном режиме, можно умножить на коэффициент распределения активной мощности K_di=0,5 и получить справочное значение активного тока конвертера №i, работающего в островном контрольном режиме, I_drefi; справочное значение реактивного тока I_qref можно умножить на коэффициент распределения реактивной мощности K_qi=0,6 и получить справочное значение реактивного тока конвертера №i, работающего в островном контрольном режиме I_qrefi; при этом коэффициенты распределения активной и реактивной мощности других конвертеров составят 1. В частности, если коэффициенты распределения активной и реактивной мощности всех работающих в островном контрольном режиме конвертеров составляют 1, то все конвертеры работают с равномерной мощностью.

[0062] Этап 105: В соответствии с полученным контрольным сигналом на каждом отдельном конвертере, работающем в островном контрольном режиме, осуществляется контроль активного тока данного конвертера в зависимости от справочного значения активного тока I_dref и контроль реактивного тока в зависимости от справочного значения реактивного тока I_qref. Если на каком-либо из конвертеров, работающих в островном контрольном режиме, необходимо ограничить активную мощность конвертера, то справочное значение активного тока ограничивается так, чтобы оно было меньше или равно предельному значению активного тока I_dlim, то есть находилось в диапазоне [-I_dlim, I_dlim]; если на каком-либо из конвертеров, работающих в островном контрольном режиме, необходимо ограничить реактивную мощность конвертера, то справочное значение реактивного тока ограничивается так, чтобы оно было меньше или равно предельному значению реактивного тока I_qlim, то есть находилось в диапазоне [-I_qlim, I_qlim]; вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim определяется одним из двух следующих путей:

[0063] i) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim устанавливается заранее, например, на максимальное значение активного тока конвертера

[0064] ii) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim модулируется контроллером PI по отклонению предельного значения активной мощности данного конвертера, например, максимальной активной мощности перегрузки, от фактической активной мощности;

[0065] Вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim определяется одним из двух следующих путей:

[0066] i) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim устанавливается заранее, например, на максимальное значение реактивного тока конвертера;

[0067] ii) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim модулируется контроллером PI по отклонению предельного значения реактивной мощности данного конвертера, например, максимальной реактивной мощности, определенной диапазоном мощности, от фактической реактивной мощности.

[0068] Для ситуаций, когда контроллер, не работающий в островном контрольном режиме, и контроллер, работающий в островном контрольном режиме, параллельно подключены к одной и той же питающей линии, контроль активных характеристик может осуществляться с помощью контроля активной мощности или контроля напряжения переменного тока, а контроль реактивных характеристик может осуществляться посредством контроля реактивной мощности.

[0069] Фигура 3 представляет собой схематическое изображение структуры системы контроля системы параллельных конвертеров. Система состоит из общего контроллера напряжения переменного тока и от 1 до N контроллеров тока, где N - это количество работающих в островном контрольном режиме конвертеров в системе параллельных конвертеров; при этом контроллер тока i является контроллером конвертера №i, работающего в островном контрольном режиме, диапазон значений i составляет от 1 до N и каждый контроллер тока независим от других. Контроллер напряжения переменного тока и любой из контроллеров тока установлены на разные контрольные устройства, контрольные сигналы конвертера №i, включающие справочное значение активного тока I_dref, справочное значение реактивного тока I_qref и справочное значение фазы напряжения системы θ_ref, посредством стандартного протокола связи отправляются на контроллер тока i соответствующего конвертера. Контроллер напряжения переменного тока и контроллер тока могут устанавливаться на одно и то же контрольное устройство, а также возможна установка нескольких контроллеров напряжения переменного тока на нескольких контрольных устройствах, но при этом необходимо установить логику переключения для гарантии того, что в один и тот же момент контроллеры тока всех конвертеров в соответствии с установленным приоритетом будут использовать контрольный сигнал конвертера, выпущенный только одним из контроллеров напряжения переменного тока.

[0070] На Фигуре 4 изображена блок-схема функции контроля системы параллельных конвертеров, включающей два конвертера, на которой контроллер напряжения переменного тока включает звено генерации справочного значения фазы, звено измерения напряжения переменного тока, звено вычисления справочного значения тока и звено распределения мощности. Звено генерации справочного значения фазы осуществляет вычисление справочного значения фазы напряжения системы θ_ref в соответствии со справочным значением частоты F_ref; Звено измерения напряжения переменного тока измеряет напряжение трехфазной питающей линии на питающей линии переменного тока и в соответствии со справочным значением фазы напряжения системы θ_ref посредством перехода park получает d-осевую составляющую напряжения питательной линии U_sd и q-осевую составляющую напряжения питательной линии U_sq. На звене вычисления справочного значения тока с помощью контроллера PI генерируется справочное значение активного тока I_dref по отклонению d-осевой составляющей напряжения питательной линии U_sd от действующего справочного значения напряжения питательной линии; контроллер PI генерирует справочное значение реактивного тока I_qref по отклонению q-осевой составляющей напряжения питательной линии U_sq от 0; в качестве звена вычисления справочного значения тока также может использоваться контроллер с синовиальной оболочкой, бесколебательный контроллер или нелинейный контроллер; На звене распределения мощности для конвертера №1, работающего в островном контрольном режиме, справочное значение активного тока I_dref можно умножить на коэффициент распределения активной мощности K_d1 и получить справочное значение активного тока конвертера №1, работающего в островном контрольном режиме, I_dref1, а справочное значение реактивного тока I_qref можно умножить на коэффициент распределения реактивной мощности K_q1 и получить справочное значение реактивного тока конвертера №1, работающего в островном контрольном режиме, I_qref1; для конвертера №2, работающего в островном контрольном режиме, справочное значение активного тока I_dref можно умножить на коэффициент распределения активной мощности K_d2 и получить справочное значение активного тока конвертера №2, работающего в островном контрольном режиме I_dref2, а справочное значение реактивного тока I_qref можно умножить на коэффициент распределения реактивной мощности K_q2 и получить справочное значение реактивного тока конвертера №2, работающего в островном контрольном режиме I_qref2, где 0≤K_d1≤1, 0≤K_q1≤1, 0≤K_d2≤1, 0≤K_q2≤1; когда два конвертера работают симметрично, K_d1 = K_q1 = K_d2 = K_q2 =1, при этом звено распределения энергии можно считать неустановленным. Два конвертера снабжаются соответствующими контроллерами тока, а именно контроллером тока 1 и контроллером тока 2, при этом оба контроллера тока снабжены звеном ограничения мощности; для конвертера №i (i = 1 или 2) по отклонению максимальной активной мощности перегрузки P_limi от фактической активной мощности P_si посредством контроллера PI генерируется предельное значение активного тока I_dlimi; а по отклонению максимальной реактивной мощности Q_limi от фактической реактивной мощности Q_si посредством контроллера PI генерируется предельное значение реактивного тока I_qlimi; когда справочное значение активного тока I_drefi выходит за пределы диапазона [-I_dlimi, I_dlimi], оно ограничивается пограничным значением; когда справочное значение реактивного тока I_qrefi выходит за пределы [-I_qlimi, I_qlimi], оно ограничивается пограничным значением. В качестве контроля тока внутреннего кольца конвертера используется векторное управление, конвертер №i осуществляет контроль в соответствии со звеном ограничения мощности посредством отправки команд активного и реактивного тока, а также справочного значения фазы напряжения системы θ_ref.

[0071] Вышеупомянутые варианты осуществления приведены только с целью разъяснения технической идеи настоящего изобретения и диапазон защиты настоящего изобретения ими не ограничивается. Любые модификации на основе данного технического решения, осуществленные в соответствии с технической идеей, раскрытой в настоящем изобретении, также входят в диапазон защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к области электротехники и раскрывает способ и систему контроля системы параллельных конвертеров. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности синхронизации нескольких конвертеров. Система параллельных конвертеров включает в себя общий контроллер напряжения переменного тока и отдельные контроллеры тока каждого конвертера, при этом контроллер напряжения переменного тока генерирует справочные значения активного тока, реактивного тока и фазы напряжения системы, эти значения в качестве контрольных сигналов конвертера посредством связи отправляются на контроллеры тока каждого конвертера, работающего в островном режиме, при этом выходной активный и реактивный ток конвертера изменяется вслед за соответствующим справочным значением тока, реализуя задачу совместного контроля амплитуды и частоты напряжения питающих линий переменного тока системой параллельных контроллеров. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля системы параллельных конвертеров, при котором вышеупомянутая система параллельных конвертеров включает по крайней мере два параллельных конвертера источника напряжения, при этом вышеупомянутые конвертеры источника напряжения, параллельно подключенные к одной и той же или сопряженным питающим линиям переменного тока, характеризующиеся тем, что вышеупомянутая система параллельных конвертеров включает по крайней мере один конвертер, работающий в островном контрольном режиме, а вышеупомянутый способ контроля включает следующие этапы:

1) вычисление справочного значения фазы напряжения системы θ_ref в соответствии со справочным значением частоты F_ref;

2) измерение напряжения питающей линии на питающей линии переменного тока;

3) обработка напряжения питающей линии для получения справочного значения активного тока I_dref и справочного значения реактивного тока I_qref, при этом вышеупомянутое справочное значение активного тока I_dref и справочное значение реактивного тока I_qref определяются справочным значением действующего значения напряжения питающей линии и справочным значением фазы напряжения системы θ_ref;

4) справочное значение активного тока I_dref, справочное значение реактивного тока I_qref и справочное значение фазы напряжения системы θ_ref отправляются на контроллеры каждого конвертера, работающего в островном контрольном режиме, в качестве контрольных сигналов конвертера;

5) в соответствии с полученным контрольным сигналом на каждом отдельном конвертере, работающем в островном контрольном режиме, осуществляется контроль активного тока данного конвертера в соответствии со справочным значением активного тока I_dref и контроль реактивного тока в соответствии со справочным значением реактивного тока I_qref;

задачей контроля для вышеупомянутых конвертеров, работающих в островном контрольном режиме, является контроль амплитуды и частоты напряжения питающей линии переменного тока.

2. Способ контроля системы параллельных конвертеров по п. 1, при котором вышеупомянутое справочное значение частоты F_ref является номинальной частотой системы F_n или F_ref = F_n + K_f(P_ref-P), где K_f - это коэффициент пропорциональности с диапазоном значений от -100 до 100, P_ref - справочное значение общей активной мощности параллельных конвертеров, а P - фактическая общая мощность параллельных конвертеров.

3. Способ контроля системы параллельных конвертеров по п. 1, при котором на этапе 4) перед отправкой вышеупомянутого контрольного сигнала конвертера на конвертер №i, работающий в островном контрольном режиме, справочное значение активного тока I_dref умножается на коэффициент распределения K_di, в результате чего получается справочное значение активного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_drefi; справочное значение реактивного тока I_qref может умножаться на коэффициент распределения K_qi, в результате чего получается справочное значение реактивного тока, контроллера №і, работающего в островном режиме контроля I_qrefi; при этом 0≤K_di≤1, 0≤K_qi≤1, а диапазон значений і составляет от 1 до количества конвертеров, работающих в островном режиме контроля; коэффициент распределения активной мощности каждого конвертера K_d и коэффициент распределения реактивной мощности каждого конвертера K_q могут быть одинаковыми или различными.

4. Способ контроля системы параллельных конвертеров по п. 1, при котором на этапе 5) для любого из вышеупомянутых конвертеров, работающих в островном режиме контроля, управляется векторным управлением.

5. Способ контроля системы параллельных конвертеров по п. 1, при котором в случае необходимости ограничения активной мощности любого из вышеупомянутых конвертеров величина справочного значения активного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению активного тока I_dlim; в случае необходимости ограничения реактивной мощности любого из вышеупомянутых конвертеров величина справочного значения реактивного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению реактивного тока I_qlim;

вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim определяется одним из двух следующих путей:

i) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального активного тока конвертера;

ii) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения активной мощности данного конвертера от фактической активной мощности;

вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim определяется одним из двух следующих путей:

i) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального реактивного тока конвертера;

ii) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения реактивной мощности данного конвертера от фактической реактивной мощности.

6. Система контроля системы параллельных конвертеров, при которой вышеупомянутая система контроля конвертеров включает по крайней мере два параллельных конвертера источника напряжения, при этом вышеупомянутые конвертеры параллельно подключены к одной и той же или сопряженным питающим линиям переменного тока, характеризующаяся тем, что вышеупомянутая система контроля включает общий контроллер напряжения переменного тока и отдельные контроллеры тока каждого конвертера, при этом вышеупомянутые контроллеры напряжения переменного тока включают следующие звенья:

звено генерации справочного значения фазы: вычисление справочного значения фазы напряжения системы θ_ref в соответствии со справочным значением частоты F_ref;

звено измерения напряжения переменного тока: измерение напряжения питающей линии на питающей линии переменного тока;

звено вычисления справочного значения тока: обработка измеренного напряжения питающего провода для получения справочного значения активного тока I_dref и справочного значения реактивного тока I_qref, при этом вышеупомянутое справочное значение активного тока I_dref и справочное значение реактивного тока I_qref определяются только справочным значением действующего значения напряжения питающего провода и справочным значением фазы напряжения системы θ_ref;

справочное значение активной мощности I_dref, справочное значение реактивной мощности I_qref и справочное значение фазы напряжения системы θ_ref вышеупомянутого контроллера напряжения переменного тока в качестве контрольных сигналов конвертера посредством связи отправляются на контроллер тока каждого конвертера, работающего в островном режиме контроля, в результате чего выходной активный ток каждого конвертера изменяется в соответствии со справочным значением активного тока I_dref, а реактивный ток изменяется в соответствии со справочным значением реактивного тока I_qref;

вышеупомянутый контроллер напряжения переменного тока предназначен для работы в одном из следующих двух режимов:

i) вышеупомянутый контроллер напряжения переменного тока и контроллер тока конвертера установлены на одном и том же контрольном устройстве;

ii) вышеупомянутый контроллер напряжения переменного тока и контроллер тока конвертера установлены на разных контрольных устройствах;

когда среди несколько контрольных устройств установлен контроллер напряжения переменного тока, в один и тот же момент для всех контроллеров тока конвертеров в соответствии с установленным приоритетом используется контрольный сигнал конвертера, выпущенный только одним из контроллеров напряжения переменного тока.

7. Система контроля системы параллельных конвертеров по п. 6, при которой в качестве вышеупомянутого контроллера напряжения переменного тока выступает пропорционально-интегральный регулятор, контроллер с синовиальной оболочной, бесколебательный контроллер или нелинейный контроллер, в качестве вышеупомянутого контроллера тока выступает пропорционально-интегральный регулятор, контроллер с синовиальной оболочкой, бесколебательный контроллер или нелинейный контроллер.

8. Система контроля системы параллельных конвертеров по п. 6, при которой контроллер напряжения переменного тока также включает звено распределения мощности, для конвертера №i, работающего в островном контрольном режиме, справочное значение активного тока I_dref умножается на коэффициент распределения K_di, в результате чего получается справочное значение активного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_drefi; справочное значение реактивного тока I_qref может умножаться на коэффициент распределения K_qi, в результате чего получается справочное значение реактивного тока контроллера №і, работающего в островном режиме контроля, I_qrefi; при этом 0≤K_di≤1, 0≤K_qi≤1, а диапазон значений і составляет от 1 до количества конвертеров, работающих в островном режиме контроля; коэффициент распределения активной мощности каждого конвертера K_d и коэффициент распределения реактивной мощности каждого конвертера K_q могут быть одинаковыми или различными.

9. Система контроля системы параллельных конвертеров по п. 6, при которой вышеупомянутый контроллер тока конвертера также включает звено ограничения мощности, благодаря которому величина справочного значения активного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению активного тока I_dlim; величина справочного значения реактивного тока ограничивается так, чтобы она была меньше или равна предельному значению реактивного тока I_qlim;

вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim определяется одним из двух следующих путей:

i) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального активного тока конвертера;

ii) вышеупомянутое предельное значение активного тока I_dlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения активной мощности данного конвертера от фактической активной мощности;

вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim определяется одним из двух следующих путей:

i) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim устанавливается заранее в диапазоне значений от 0 до максимального реактивного тока конвертера;

ii) вышеупомянутое предельное значение реактивного тока I_qlim модулируется конвертером PI по отклонению предельного значения реактивной мощности данного конвертера от фактической реактивной мощности.

10. Система контроля системы параллельных конвертеров по п. 6, при которой в случае установки контроллера напряжения переменного тока и контроллера тока на одном и том же контрольном устройстве, справочный сигнал передается посредством шины на задней панели; а в случае установки на разных контрольных устройствах - посредством стандартного протокола связи, при этом в качестве стандартного протокола могут выступать протоколы IEC60044-8, Ethernet или TDM.