Способ и устройство контроля конвертера Российский патент 2021 года по МПК H02J3/38 H02J5/00 H02M7/08 

Техническая область

[0001] Настоящее изобретение относится к области техники гибкой передачи постоянного тока электротехническими системами, в частности относится к способу и устройству контроля конвертера.

Уровень техники

[0002] Технологии гибкой передачи постоянного тока - это важное техническое средство в широкомасштабной многоточечной концентрации возобновляемых источников энергии, высокоэффективном применении и гибком расходовании чистых источников энергии; кроме того, это важная техническая база для быстрого развития Интернета энергоресурсов. Соединение в сеть систем гибкой передачи постоянного тока, стабильная работа в островном режиме или в режиме слабой системы - это важные предпосылки для гибкого выхода в Интернет и расходования возобновляемых источников энергии.

[0003] В настоящее время введенная в эксплуатацию техника гибкой передачи постоянного тока обычно имеет один конвертер или два конвертера, параллельно соединенных на стороне переменного тока. Ввиду требований к непрерывной работе, надежности и стабильности системы, будущим направлением развития техники гибкой передачи постоянного тока в Китае являются двухполюсные системы гибкой передачи постоянного тока, состоящие из двух конвертеров, параллельно соединенных на стороне переменного тока.

[0004] Ввиду гибкости передачи мощности в системах гибкой передачи постоянного тока они больше подходят для включения изолированных районов с альтернативными источниками энергии или пассивных систем. При этом необходимо, чтобы двухполюсная система гибкой передачи постоянного тока могла обеспечить стабильное напряжение переменного тока, включая амплитуду и частоту напряжения переменного тока, поэтому на преобразовательных подстанциях на островной стороне альтернативных источников энергии обычно используется контроль статизма по частоте «напряжение-частота». Однако, используя конвертеры таким способом, невозможно контролировать мощность, поступающую с подстанции альтернативных источников энергии на конвертер, и может произойти перегрузка конвертера ввиду поступления чрезмерной мощности с подстанции альтернативных источников энергии. В такой ситуации необходимо немедленно снизить активную мощность, поступающую на сторону электросети постоянного тока от конвертера, в противном случае может произойти превышение напряжения электросети постоянного тока и вызванная этим блокировка конвертера, а в более серьезных случаях - даже повреждение конвертера и различных дорогостоящих коммутационных устройств на линии постоянного тока.

[0005] С учетом вышеупомянутых проблем, а также принимая во внимание то, что способы контроля конвертеров, включенных в островные сети слабого электрического тока от альтернативных источников энергии, или пассивные системы, которые в настоящее время используются в промышленности, пока не являются зрелыми, необходимо разработать решение по техническому контролю, сочетающее островной контроль с контролем перегрузки и подходящее для промышленного применения.

Суть изобретения

[0006] Целью настоящего изобретения является предоставить способ и устройство контроля конвертера, используемые для решения проблем поставки электроэнергии сетями слабого электрического тока от альтернативных источников энергии или пассивными системами в двухполюсной системе гибкой подачи постоянного тока.

[0007] Для решения вышеупомянутой задачи в настоящем изобретение предлагается следующее решение:

[0008] Способ контроля конвертера, при котором вышеупомянутый конвертер представляет собой двухполюсную систему, образованную двумя конвертерами, параллельно связанными на стороне переменного тока, и при котором во время стабильной работы системы каждый конвертер использует стратегию контроля статизма по частоте «напряжение-частота», а если сначала на одном из конвертеров возникает перегрузка, то способ контроля этого конвертера переходит из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», тем самым осуществляя функцию контроля перегрузки; этот способ включает следующие этапы:

[0009] 1) Измеряется фактическая поглощаемая активная P_s1 конвертера на стороне переменного тока и с помощью логики ограничения перегрузки определяется, превышает ли предел активная мощность P_s1. Если P_s1 превышает предел, то считается, что на данном конвертере произошла перегрузка и происходит переход на логику переключения режима контроля; логика переключения режима контроля переключает режим контроля данного конвертера из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

[0010] 2) После обнаружения перегрузки конвертера, логика ограничения перегрузки обрабатывает справочные значения активной и реактивной мощности данного конвертера, логика ограничения перегрузки автоматически устанавливает справочное значение перегрузки активной мощности P_{ref_oll} и справочное значение перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll} в качестве введения команды контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

[0011] 3) После обнаружения перегрузки на конвертере данный конвертер получает контрольное значение фазы напряжения системы контроля тока во внутреннем кольце θ_ref с помощью контроля мощности «активная-реактивная мощность» посредством синхронизации фазы напряжения данного конвертера на стороне переменного тока U_s°abc.

[0012] Кроме того, на вышеупомянутом этапе 2) устанавливается максимальное значение активной мощности, допустимое к поглощению каждым конвертером, P_lim, максимальное значение реактивной мощности, допустимое к поглощению, Q_lim; логика ограничения перегрузки измеряет общую мощность, поглощенную на стороне переменного тока двумя конвертерами, P_all и измеряет активную мощность, поглощенную данным конвертером на стороне переменного тока, P_s1; логика ограничения перегрузки использует одну из двух следующих логик контроля:

[0013] i) когда контрольный режим конвертера переключается из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», а пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim устанавливаются таким образом, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

[0014]

[0015]

[0016] ii) когда контрольный режим конвертера переключается из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», а пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim устанавливаются таким образом, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

[0017]

[0018]

[0019] где P_set - это установленное значение активной мощности, поглощаемой конвертером, a Q_set - это установленное значение реактивной мощности, поглощаемой конвертером.

[0020] Кроме того, в логике контроля перегрузки данного конвертера i), после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности P_set=P_lim, при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то есть то применяется резервное решение для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

[0021] Кроме того, в логике контроля перегрузки данного конвертера ii), после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то:

[0022] (1) Если то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется следующим образом:

[0023] а также оно должно удовлетворять условие

[0024] (2) Если то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется до максимального значения P_lim, после чего, если на другом конвертере по-прежнему имеет место перегрузка, то применяется резервное решение для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

[0025] При этом, вышеупомянутое резервное решение включает одно или несколько из следующих: удаление некоторых вентиляторов, введение энергопотребляющего устройства на стороне переменного тока, введение энергопотребляющего устройства на стороне постоянного тока, блокировку конвертера и вводный прерыватель цепи переменного тока.

[0026] При этом, когда обменная мощность данного конвертера, в котором произошла перегрузка, с внешней средой возвращается в нормальный диапазон, а на другом конвертере, параллельно соединенным с данным конвертером на стороне переменного тока, нет перегрузки, проблема решается одним из двух следующих способов:

[0027] а) происходит выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера, при этом контрольным режимом данного конвертера остается режим контроля мощности «активная-реактивная мощность» и устанавливается справочное значение ограничения перегрузки активной мощности P_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной активной мощности P_lim, допустимой к обмену на конвертере; устанавливается справочное значение ограничения реактивной мощности Q_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной реактивной мощности, допустимой к обмену, Q_lim, то есть:

[0028]

[0029]

[0030] б) выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера и автоматический или ручной переход контрольного режима данного конвертера в режим ограничения статизма по частоте «напряжение-частота».

[0031] Кроме того, на этапе 3) контроллер тока внутреннего кольца использует векторное управление.

[0032] Устройство контроля конвертера, при котором вышеупомянутый конвертер представляет собой двухполюсную систему, образованную двумя конвертерами, параллельно связанными на стороне переменного тока, характеризующееся тем, что вышеупомянутое устройство включает: блок контроля стабильной работы, блок определения перегрузки и блок переключения контрольного режима, при этом:

[0033] при стабильно работающей системе блок контроля стабильной работы использует для контроля всех конвертеров стратегию контроля статизма по частоте «напряжение-частота»;

[0034] блок определения перегрузки определяет, произошла ли перегрузка на данном конвертере, и, если это так, то активируется блок переключения контрольного режима;

[0035] блок переключения контрольного режима переключает контрольный режим конвертера, в котором произошла перегрузка, из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

[0036] вышеупомянутый блок определения перегрузки включает подблок измерения активной мощности и подблок определения превышения предела активной мощности, при этом:

[0037] подблок измерения активной мощности измеряет фактическую поглощаемую активную мощность P_s1 и передает измерения подблоку определения превышения предела активной мощности;

[0038] с помощью логики ограничения перегрузки подблок определения ограничения активной мощности определяет, превышает ли предел активная мощность P_s1 и, если P_s1 превышает предел, то считается, что в данном контроллере происходит перегрузка и включается блок переключения контрольного режима;

[0039] вышеупомянутый блок переключения контрольного режима включает подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности и блок вычисления контрольного значения фазы напряжения системы, при этом:

[0040] после обнаружения перегрузки конвертера подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности получает справочные значения активной и реактивной мощности данного конвертера в результате обработки логики ограничения перегрузки; логика ограничения перегрузки автоматически устанавливает справочное значение перегрузки активной мощности P_{ref_oll} и справочное значение ограничения перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll} в качестве введения команды контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

[0041] при обнаружении перегрузки конвертера блок вычисления контрольного значения фазы напряжения системы осуществляет синхронизацию фаз данного конвертера с помощью ограничения мощности «активная-реактивная мощность» посредством напряжения данного конвертера на стороне переменного тока U_s°abc, в результате чего получается контрольное значение фазы напряжения системы контроля тока во внутреннем кольце θ_ref.

[0042] При этом, вышеупомянутый подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности также включает блок установки максимальной активной и реактивной мощности, блок измерения общей мощности и блок ограничения ввода справочных значений, при этом:

[0043] блок установки максимальной активной и реактивной мощности устанавливает максимальную активную мощность, допустимую к поглощению каждым конвертером, P_lim и максимальную реактивную мощность, допустимую к поглощению, Q_lim;

[0044] блок измерения общей мощности измеряет общую мощность, поглощаемую на стороне переменного тока двумя конвертерами, P_all и передает измерения блоку ограничения ввода справочных значений;

[0045] блок ограничения ввода справочных значений имеет конструкцию блока ограничения ввода справочных значений 1 или блока ограничения ввода справочных значений 2;

[0046] когда вышеупомянутый блок ограничения ввода справочных значений 1 переключает контрольный режим конвертера из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», устанавливает пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim так, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

[0047]

[0048]

[0049] когда вышеупомянутый блок ограничения ввода справочных значений 2 переключает контрольный режим конвертера из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», устанавливает пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim так, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

[0050] P_{ref_oll}=P_set и ;

[0051] Q_{ref_oll}=Q_set и ;

[0052] где P_set - это установленное значение активной мощности, поглощаемой конвертером, a Q_set - это установленное значение реактивной мощности, поглощаемой конвертером.

[0053] Кроме того, в вышеупомянутом блоке контроля ввода справочных значений 1 после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности P_set=P_lim, при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то есть то применяется резервное решение для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

[0054] При этом, в вышеупомянутом блоке ограничения ввода справочного значения 2 после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то:

[0055] (1) Если то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется следующим образом:

[0056] P_{ref_oll}≥P'_set=P_set+(P_all-P_s1-P_lim), а также должно удовлетворять условие ;

[0057] (2) Если то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется до максимального значения P_lim, после чего, если на другом конвертере по-прежнему имеет место перегрузка, то применяется резервное решение для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

[0058] При этом, вышеупомянутое устройство также включает:

[0059] блок подтверждения сброса перегрузки, определяющий, вернулась ли обменная мощность данного конвертера, в котором произошла перегрузка, с внешней средой в нормальный диапазон, и, если на другом конвертере, параллельно соединенным с данным конвертером на стороне переменного тока, нет перегрузки, то приходит время активировать блок логики выхода из контроля перегрузки;

[0060] блок логики выхода из ограничения перегрузки имеет конструкцию блока логики выхода из ограничения перегрузки 1 или блока логики выхода из ограничения перегрузки 2;

[0061] вышеупомянутый блок логики выхода из ограничения перегрузки 1 осуществляет выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера, при этом контрольным режимом данного конвертера остается режим контроля мощности «активная-реактивная мощность» и устанавливается справочное значение ограничения перегрузки активной мощности P_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной активной мощности, допустимой к обмену на конвертере, P_lim;

устанавливается справочное значение ограничения перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной реактивной мощности, допустимой к обмену, Q_lim, то есть:

[0062] ;

[0063] ;

[0064] вышеупомянутый блок логики выхода из ограничения перегрузки 2 осуществляет выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера и автоматический или ручной переход контрольного режима данного конвертера в режим ограничения статизма по частоте «напряжение-частота».

[0065] При использовании вышеупомянутого решения полезный результат настоящего изобретения заключается в следующем:

[0066] (1) Способ контроля конвертера, раскрытый в настоящем изобретении, гарантирует, что во время работы конвертера в островном режиме при перегрузке он сможет быстро переключиться на логику ограничения перегрузки, ограничивая увеличение мощности конвертера на стороне переменного тока, не допуская резкого повышения напряжение сети постоянного тока, вызванного потерей контроля над конвертером, работающим в режиме островного контроля, и гарантирует безопасную и стабильную работу конвертера и различного другого оборудования.

[0067] (2) Способ контроля конвертера, раскрытый в настоящем изобретении, позволяет после возвращения мощности конвертера, на котором произошла перегрузка, в нормальный диапазон, выйти из логики ограничения перегрузки, после чего можно быстро выбрать продолжение работы конвертера в режиме контроля мощности «активная-реактивная мощность» или переключить его в режим контроля статизма по частоте «напряжение-частота», и любой из режимов обеспечивает стабильную работу островной системы после сброса перегрузки.

[0068] (3) Способ контроля конвертера, раскрытый в настоящем изобретении, имеет простую структуру, он более пригоден для промышленного применения и имеет важное руководящее значение включения островных или пассивных систем альтернативных источников энергии в сети постоянного тока.

Краткое описание прилагаемых чертежей

[0069] Фигура 1. Схематическое изображение истинной двухполюсной топологии;

[0070] Фигура 2. Топология двухполюсной системы гибкой передачи постоянного тока островной ветряной электростанции с включением альтернативных источников энергии;

[0071] Фигура 3. Блок-схема логики контроля перегрузки конвертера, работающего в островном режиме;

[0072] Фигура 4. Структурная схема системы контроля конвертера.

Конкретные варианты осуществления

[0073] Далее приводится подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения, сопровождающееся изображениями. Данные варианты осуществления представляют собой реализацию на основе принципов технического решения настоящего изобретения; здесь приводятся подробные варианты осуществления и конкретные этапы эксплуатации, но диапазон защиты настоящего изобретения не ограничивается приведенными ниже вариантами осуществления.

[0074] Настоящее изобретение раскрывает способ контроля конвертера, под которым понимается конструкция из двух конвертеров, параллельно соединенных на стороне переменного тока, фактическая топология которой приведена на фиг. 1. Два конвертера образуют двухполюсную гибкую систему постоянного тока. В варианте осуществления при работе в островном режиме, показанном на фиг. 2, два конвертера соединяются с ветряной электростанцией альтернативной энергетики, работающей в островном режиме, на стороне питающих линий переменного тока. Для обеспечения стабильной работы альтернативных энергоресурсов в островном режиме конвертеры на каждом полюсе двухполюсной гибкой системы постоянного тока управляются в режиме контроля статизма по частоте «напряжение-частота» и обеспечивают стабильную амплитуду и частоту напряжения переменного тока ветряной электростанции альтернативной энергетики, работающей в островном режиме.

[0075] На фиг. 3 каждый конвертер двухполюсной гибкой системы передачи постоянного тока поглощает активную мощность, подаваемую ветряной электростанцией; два конвертера называются «конвертер 1» и «конвертер 2». В данном варианте осуществления поглощаемая конвертером со стороны переменного тока мощность является положительной, а для значения мощности используется удельное значение, опорная величина удельного значения - это номинальная емкость одного конвертера, а в качестве предела активной мощности, поглощаемой конвертером на стороне переменного тока, устанавливается P_lim. Во время стабильной работы поглощаемая конвертером 1 на стороне переменного тока активная мощность P_s1<P_lim, а фактическая поглощаемая конвертером 2 на стороне переменного тока активная мощность P_s2<P_lim.

[0076] Если ветряная электростанция постоянно увеличивает выходную мощность и это сначала приводит к перегрузке конвертера 1, то контрольный режим конвертера 1 будет таким, как показано на блок-схеме контроля перегрузки на фиг. 3: контрольный режим конвертера 1 (control mode) переходит из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», а конвертер 2 по-прежнему остается в режиме контроля статизма по частоте «напряжение-частота». В этом случае максимальная активная мощность, которую может поглощать конвертер 1 на стороне переменного тока, P_lim является номинальной емкостью конвертера 1, то есть P_lim=1 pu; в соответствии с круговой диаграммой мощности можно вычислить максимальную реактивную мощность, допустимую к конвертации, Q_lim при активной мощности P_lim. Справочное значение предела перегрузки активной мощности конвертера 1 устанавливается как P_{ref_oll1}=P_set1=0,5 pu<P_lim, а справочное значение предела перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll1}=Q_set1=0 pu, тогда фактическая активная мощность, поглощаемая на стороне переменного тока конвертером 1, окончательно стабилизируется на P_s1=0,5 pu. В этом случае конвертер 2 по-прежнему остается в режиме контроля статизма по частоте «напряжение-частота» и после перегрузки и выполнения логики ограничения перегрузки конвертера 1 мы продолжаем рассматривать три вида рабочих условий, в который работает конвертер 2 и далее отдельно описываем контрольные режимы логики ограничения перегрузки по данному варианту осуществления:

[0077] (1) Общая активная мощность, поглощаемая контроллером, P_all=1,5 pu ≤ 2 pu

[0078] В этом случае активная мощность, поглощаемая конвертером 2, составляет 1 pu и перегрузки не происходит, конвертер 1 может выйти из логики ограничения перегрузки и контрольный режим может вернуться из режима контроля мощности «активная-реактивная мощность» в режим контроля статизма по частоте «напряжение-частота».

[0079] (2) Общая активная мощность, поглощаемая конвертером 2, P_all=1,9 pu<2 pu

[0080] В этом случае активная мощность, поглощаемая конвертером 2, составляет 1,4 pu и происходит перегрузка; конвертер 1 продолжает находится в логике ограничения перегрузки, то есть в нем поддерживается режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», а также регулируется справочное значение предела перегрузки активной мощности конвертера 1 P_{ref_oll1}=P_set1+(P_all-P_s1-P_lim)=0,5+(1,9-0,5-1)=0,9 pu<P_lim и активная мощность, поглощаемая конвертером 2, снижается до 1 pu. После того, как оба конвертера начинают работать стабильно, фактическая поглощаемая конвертером 1 на стороне переменного тока активная мощность P_s1=0,9 pu, а фактическая поглощаемая конвертером 2 на стороне переменного тока активная мощность P_s2=1 pu. В этом случае конвертер 1 может выйти из логики ограничения перегрузки, а контрольный режим конвертера 1 может вернуться из режима контроля мощности «активная-реактивная мощность» в режим контроля статизма по частоте «напряжение-частота».

[0081] (3) В конвертере 2 происходит перегрузка и общая активная мощность, поглощаемая на стороне переменного тока P_all=2,1 pu>2pu

[0082] В этом случае активная мощность, поглощаемая конвертером 2, составляет 1,6 pu и происходит перегрузка; конвертер 1 остается в логике ограничения перегрузки, то есть он остается в режиме контроля мощности «активная-реактивная мощность», а справочное значение предела перегрузки активной мощности конвертера 1 регулируется следующим образом: P_{ref_oll1}=P_lim=1 pu, после чего активная мощность, поглощаемая конвертером 2, снижается до 1,1 pu. В это время, если выходная мощность вентилятора одновременно снижается, то активная мощность, поглощаемая конвертером 2 на стороне переменного тока, P_s2 возвращается в нормальный диапазон и продолжает быть стабильной, то конвертер 1 выходит из логики ограничения перегрузки, а контрольный режим конвертера 1 может вернуться из режима контроля мощности «активная-реактивная мощность» в режим контроля статизма по частоте «напряжение-частота», в противном случае необходимо ввести в эксплуатации энергопотребляющее устройство на стороне переменного тока, после чего удалить некоторые вентиляторы, чтобы общая активная мощность, поглощаемая конвертером на стороне переменного тока P_all снизилась до 2 pu и ниже.

[0083] Связав конкретные способы контроля приведенных выше вариантов осуществления, была разработана структура системы контроля конвертера 1, показанная на фиг. 4. Эта система включает блок контроля стабильной работы, блок определения перегрузки, блок переключения контрольного режима и блок определения сброса перегрузки. Блок контроля стабильной работы реализует стратегию контроля статизма по частоте «напряжение-частота» стабильной работы каждого конвертера; блок определения перегрузки обнаруживает перегрузку конвертера и включает подблок измерения активной мощности и подблок определения превышения предела активной мощности. Подблок измерения активной мощности измеряет фактическую активную мощность, поглощаемую конвертером 1 на стороне переменного тока P_s1; если подблок определения превышения предела активной мощности обнаруживает, что P_s1>P_lim, то считается, что на конвертере 1 произошла перегрузка и активируется блок переключения контрольного режима. Блок переключения контрольного режима состоит из подблока установки справочного значения активной и реактивной мощности и подблока вычисления контрольного значения фазы напряжения системы и выполняет переход из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность». В данном варианте осуществления подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности с помощью подблока ограничения ввода справочных значений 2 получает справочное значение активной и реактивной мощности стратегии контроля активной и реактивной мощности P_{ref_oll1}=P_set1=0,5 pu<P_lim, а справочное значение предела перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll1}=Q_set1=0 pu, тогда фактическая активная мощность, поглощаемая на стороне переменного тока конвертером 1, окончательно стабилизируется на P_s1=0,5 pu. В этом случае конвертер 2 по-прежнему остается в режиме контроля статизма по частоте «напряжение-частота», а после того, как в конвертере 1 происходит перегрузка и выполняется логика ограничения перегрузки, блок измерения общей мощности обнаруживает, что общая активная мощность, поглощаемая на стороне переменного тока, P_all=1,9 pu. В это время, если блок ограничения ввода справочных значений обнаруживает перегрузку активной мощности, поглощаемой конвертером 2. Допустим, что конвертер 2 поглощает мощность 1,4 pu, тогда конвертер 1 продолжает оставаться в логике ограничения перегрузки, подблок ограничения ввода справочных значений регулирует справочное значение предела перегрузки активной мощности конвертера 1 P_{ref_oll1}=P_set1+(P_all-P_s1-P_lim)=0,5+(1,9-0,5-1)=0,9 pu < P_lim, и активная мощность, поглощаемая конвертером 2 снижается до 1 pu. После того, как оба конвертера начинают работать стабильно, фактическая поглощаемая конвертером 1 на стороне переменного тока активная мощность P_s1=0,9 pu, а фактическая поглощаемая конвертером 2 на стороне переменного тока активная мощность P_s2=1 pu. В контрольную систему конвертера 1 включается блок подтверждения сброса перегрузки и выполняется блок логики выхода из ограничения перегрузки 2, а контрольный режим конвертера 1 переходит из режима контроля мощности «активная-реактивная мощность» в режим контроля статизма по частоте «напряжение-частота».

[0084] 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, в частности к способам и устройствам ограничения перегрузки островного конвертера двухполюсной гибкой системы передачи постоянного тока и к передаче постоянного тока. Технический результат заключается в обеспечении безопасной и стабильной работы конвертера. Достигается тем, что во время стабильной работы в островном режиме два двухполюсных конвертера используют стратегию контроля статизма по частоте «напряжение-частота», то есть как только обнаруживается перенапряжение конвертера на одном полюсе, контрольный режим конвертера с перегрузкой автоматически переключается из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», таким образом, осуществляется функция контроля перегрузки. Этот способ позволяет эффективно решить проблему перегрузки и проблему стабилизации напряжения и частоты переменного тока двухполюсной гибкой системы передачи постоянного тока и имеет важное руководящее значение для использования островных систем в сетях постоянного тока. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля конвертера, при котором вышеупомянутый конвертер представляет собой двухполюсную систему, образованную двумя конвертерами, параллельно связанными на стороне переменного тока, характеризующийся тем, что во время стабильной работы системы каждый конвертер использует стратегию контроля статизма по частоте «напряжение-частота», а если сначала на одном из конвертеров возникает перегрузка, то способ контроля этого конвертера переходит из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», тем самым осуществляя функцию контроля перегрузки; этот способ включает следующие этапы:

1) измеряется фактическая поглощаемая активная мощность конвертера на стороне переменного тока P_s1 и с помощью логики ограничения перегрузки определяется, превышает ли активная мощность P_s1 предел. Если P_s1 превышает предел, то считается, что на данном конвертере происходит перегрузка и происходит переход на логику переключения режима контроля; логика переключения режима контроля переключает режим контроля данного конвертера из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

2) после обнаружения перегрузки конвертера, логика ограничения перегрузки обрабатывает справочные значения активной и реактивной мощности данного конвертера, логика ограничения перегрузки автоматически устанавливает справочное значение ограничения перегрузки активной мощности P_{ref_oll} и справочное значение ограничения перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll} в качестве введения команды контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

3) если в конвертере обнаруживается перегрузка, то в данном конвертере происходит синхронизация фаз с помощью ограничения мощности «активная-реактивная мощность» посредством напряжения данного конвертера на стороне переменного тока U_s°abc, в результате чего получается контрольное значение фазы напряжения системы контроля тока во внутреннем кольце θ_ref.

2. Способ контроля конвертера по п. 1, характеризующийся тем, что на вышеупомянутом этапе 2) устанавливается максимальное значение активной мощности, допустимое к поглощению каждым конвертером, P_lim, максимальное значение реактивной мощности, допустимое к поглощению, Q_lim; логика ограничения перегрузки измеряет общую мощность P_all, поглощенную на стороне переменного тока двумя конвертерами, и измеряет активную мощность P_s1, поглощенную данным конвертером на стороне переменного тока; логика ограничения перегрузки использует один из двух следующих логик контроля:

i) когда контрольный режим конвертера переключается из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», а пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim устанавливаются таким образом, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

ii) когда контрольный режим конвертера переключается из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», а пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim устанавливаются таким образом, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

где P_set - это установленное значение активной мощности, поглощаемой конвертером, a Q_set - это установленное значение реактивной мощности, поглощаемой конвертером.

3. Способ контроля конвертера по п. 2, характеризующийся тем, что в логике контроля перегрузки данного конвертера i) после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности P_set=P_lim, при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то есть , то применяется резервный план для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

4. Способ контроля конвертера по п. 2, характеризующийся тем, что в логике контроля перегрузки данного конвертера ii) после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности , при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то:

(1) если , то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется следующим образом:

P_{ref_oll}≥P'_set=P_set+(P_all-P_s1-P_lim), а также должно удовлетворять условие ;

(2) если , то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется до максимального значения P_lim, после чего, если на другом конвертере по-прежнему имеет место перегрузка, то применяется резервный план для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

5. Способ контроля конвертера по п. 3 или 4, характеризующийся тем, что вышеупомянутое резервное решение включает одно или несколько из следующих: удаление некоторых вентиляторов, введение энергопотребляющего устройства на стороне переменного тока, введение энергопотребляющего устройства на стороне постоянного тока, блокировку конвертера и вводный прерыватель цепи переменного тока.

6. Способ контроля конвертера по п. 1, характеризующийся тем, что после того, как обменная мощность данного конвертера, в котором произошла перегрузка, с внешней средой возвращается в нормальный диапазон, а на другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, нет перегрузки, проблема решается одним из двух следующих способов:

а) происходит выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера, при этом контрольным режимом данного конвертера остается режим контроля мощности «активная-реактивная мощность» и устанавливается справочное значение ограничения перегрузки активной мощности P_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной активной мощности P_lim, допустимой к обмену на конвертере; устанавливается справочное значение ограничения реактивной мощности Q_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной реактивной мощности, допустимой к обмену, Q_lim, то есть:

;

;

б) выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера и автоматический или ручной переход контрольного режима данного конвертера в режим ограничения статизма по частоте «напряжение-частота».

7. Способ контроля конвертера по п. 1, характеризующийся тем, что контроллер тока внутреннего кольца на этапе 3) использует векторное управление.

8. Устройство контроля конвертера, при котором вышеупомянутый конвертер представляет собой двухполюсную систему, образованную двумя конвертерами, параллельно связанными на стороне переменного тока, характеризующееся тем, что вышеупомянутое устройство включает:

блок контроля стабильной работы, блок определения перегрузки и блок переключения контрольного режима, при этом:

при стабильно работающей системе блок контроля стабильной работы использует для контроля всех конвертеров стратегию контроля статизма по частоте «напряжение-частота»;

блок определения перегрузки определяет, произошла ли перегрузка на данном конвертере, и, если это так, то активируется блок переключения контрольного режима;

блок переключения контрольного режима переключает контрольный режим конвертера, в котором произошла перегрузка, из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

вышеупомянутый блок определения перегрузки включает подблок измерения активной мощности и подблок определения превышения предела активной мощности, при этом:

подблок измерения активной мощности измеряет фактическую поглощаемую активную мощность P_s1 и передает измерения подблоку определения превышения предела активной мощности;

с помощью логики ограничения перегрузки подблок определения ограничения активной мощности определяет, превышает ли предел активная мощность P_s1 и, если P_s1 превышает предел, то считается, что в данном контроллере происходит перегрузка и включается блок переключения контрольного режима;

вышеупомянутый блок переключения контрольного режима включает подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности и блок вычисления контрольного значения фазы напряжения системы, при этом:

после обнаружения перегрузки конвертера подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности получает справочные значения активной и реактивной мощности данного конвертера в результате обработки логики ограничения перегрузки, логика ограничения перегрузки автоматически устанавливает справочное значение перегрузки активной мощности P_{ref_oll} и справочное значение ограничения перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll} в качестве введения команды контроля мощности «активная-реактивная мощность»;

при обнаружении перегрузки конвертера блок вычисления контрольного значения фазы напряжения системы осуществляет синхронизацию фаз данного конвертера с помощью ограничения мощности «активная-реактивная мощность» посредством напряжения данного конвертера на стороне переменного тока U_s°abc, в результате чего получается контрольное значение фазы напряжения системы контроля тока во внутреннем кольце θ_ref.

9. Устройство контроля конвертера по п. 8, характеризующееся тем, что вышеупомянутый подблок установки справочного значения активной и реактивной мощности также включает блок установки максимальной активной и реактивной мощности, блок измерения общей мощности и блок ограничения ввода справочных значений, при этом:

блок установки максимальной активной и реактивной мощности устанавливает максимальную активную мощность, допустимую к поглощению каждым конвертером, P_lim и максимальную реактивную мощность, допустимую к поглощению, Q_lim

блок измерения общей мощности измеряет общую мощность, поглощаемую на стороне переменного тока двумя конвертерами, P_all и передает измерения блоку ограничения ввода справочных значений;

блок ограничения ввода справочных значений имеет конструкцию блока ограничения ввода справочных значений 1 или блока ограничения ввода справочных значений 2;

когда и , вышеупомянутый блок ограничения ввода справочных значений 1 переключает контрольный режим конвертера из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», устанавливает пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim так, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

P_{ref_oll}=P_set=P_lim;

Q_{ref_oll}=Q_set=Q_lim;

когда и , вышеупомянутый блок ограничения ввода справочных значений 2 переключает контрольный режим конвертера из режима контроля статизма по частоте «напряжение-частота» в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», устанавливает пределы ввода справочных значений активной-реактивной мощности P_lim и Q_lim так, чтобы они удовлетворяли характеристики круговой диаграммы мощности; кроме того, ввод справочных значений должен удовлетворять следующие условия:

P_{ref_oll}=P_set и ;

Q_{ref_oll}=Q_set и ;

где P_set - это установленное значение активной мощности, поглощаемой конвертером, a Q_set - это установленное значение реактивной мощности, поглощаемой конвертером.

10. Устройство контроля конвертера по п. 9, характеризующееся тем, что в вышеупомянутом блоке контроля ввода справочных значений 1 после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности P_set=P_lim; при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то есть , то применяется резервное решение для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

11. Устройство контроля конвертера по п. 9, характеризующееся тем, что в вышеупомянутом блоке ограничения ввода справочного значения 2 после того, как в конвертере произошла перегрузка и он переключился в режим контроля мощности «активная-реактивная мощность», установленное значение поглощаемой этим конвертером активной мощности ; при этом, если в другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, тоже происходит перегрузка, то:

(1) если , то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется следующим образом:

P_{ref_oll}≥P'_set=P_set+(P_all-P_s1-P_lim), а также должно удовлетворять условие ,

(2) если , то справочное значение ограничения перегрузки активной мощности данного конвертера P_{ref_oll} регулируется до максимального значения P_lim, после чего, если на другом конвертере по-прежнему имеет место перегрузка, то применяется резервное решение для предотвращения превышения предела мощности другого конвертера.

12. Устройство контроля конвертера по п. 8, характеризующееся тем, что вышеупомянутое устройство также включает:

блок подтверждения сброса перегрузки, определяющий, вернулась ли обменная мощность данного конвертера, в котором произошла перегрузка, с внешней средой в нормальный диапазон, и, если на другом конвертере, параллельно соединенном с данным конвертером на стороне переменного тока, нет перегрузки, то приходит время активировать блок логики выхода из контроля перегрузки;

блок логики выхода из ограничения перегрузки имеет конструкцию блока логики выхода из ограничения перегрузки 1 или блока логики выхода из ограничения перегрузки 2;

вышеупомянутый блок логики выхода из ограничения перегрузки 1 осуществляет выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера, при этом контрольным режимом данного конвертера остается режим контроля мощности «активная-реактивная мощность» и устанавливается справочное значение ограничения перегрузки активной мощности P_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной активной мощности, допустимой к обмену на конвертере, P_lim; устанавливается справочное значение ограничения перегрузки реактивной мощности Q_{ref_oll}, меньшее или равное максимальной реактивной мощности, допустимой к обмену, Q_lim, то есть:

;

;

вышеупомянутый блок логики выхода из ограничения перегрузки 2 осуществляет выход из логики ограничения перегрузки данного конвертера и автоматический или ручной переход контрольного режима данного конвертера в режим ограничения статизма по частоте «напряжение-частота».