天然气电站补偿装置的主控制器及其控制方法
【专利摘要】天然气电站补偿装置的主控制器及其控制方法，属于天然气电站补偿装置的控制【技术领域】。为了解决目前应用于大电网的逆变器控制器不能适应复杂电网环境的问题。所述控制方法通过主控制器的主控模块及采集的信号实现：对采集的三相交流电压进行同步监测，获得同步旋转坐标系下的正负序分量，再根据设定的有功功率指定和无功功率指定，获得并网电流给定；由系统容量约束对并网电流给定进行修正；再修正并网电流相角滞后；然后将电流指令变换到基波正序同步旋转坐标系下，并引入电流控制回路；最后将控制回路输出电流进行正序PARK反变换，并应用SVPWM算法得到三相逆变桥的控制脉冲，控制逆变器输出期望的电流。它用于天然气电站。
【专利说明】天然气电站补偿装置的主控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天然气电站补偿装置的控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 天然气电站是由若干台天然气发电机组构成的具有较大功率的供电系统。相比于 传统的柴油发电机，天然气发电机组在节能减排和降低发电成本方面都有很大优势。但是， 天然气发电机组的动态功率调节能力较差，该种动态响应慢的特性制约其在冲击性有功/ 无功功率负载等场合的应用，为此需要采用功率补偿装置补偿该种冲击性负载对瞬时功率 的需求。
[0003] 由于天然气发电机组构成的独立供电系统容量较小，电网电压、电流对干扰十分 敏感，电网环境恶略，为了保证补偿装置的正常工作，需要其中的逆变器能在复杂电网环境 下可靠运行。而应用于大电网的逆变器控制器通常基于理想电网环境设计，不能适应复杂 电网环境，故而需要开发电网环境适应性强的逆变器控制器。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决目前应用于大电网的逆变器控制器不能适应复杂电网 环境的问题，本发明提供一种天然气电站补偿装置的主控制器及其控制方法。
[0005] 本发明的天然气电站补偿装置的主控制器，
[0006] 所述控制器包括主控模块、交流电压互感器、电流互感器、驱动保护模块和直流电 压互感器；
[0007] 交流电压互感器，用于采集电网侧的H相交流电压，发送给主控模块；
[000引 电流互感器，用于采集并网电流，发送给主控模块；
[0009] 直流电压互感器，用于采集天然气电站补偿装置的直流电压，发送给主控模块1 ;
[0010] 主控模块，根据接收的H相交流电压、并网电流和直流电压，获得期望电流值，转 换成控制脉冲发送至驱动保护模块；
[0011] 驱动保护模块，根据接收的控制脉冲，控制天然气电站补偿装置的逆变器输出期 望电流。
[0012] 所述主控模块为PAC主控模块。
[0013] 所述主控制器还包括触摸液晶屏模块、现场操作按键和状态指示灯；
[0014] 触摸液晶屏模块，用于显示主控制器的工作状态，还用于为主控模块输入控制指 令；
[0015] 现场操作按键，用于在工作现场为主控模块输入控制指令；
[0016] 状态指示灯，用于在工作现场显示主控制器的当前状态。
[0017] 所述主控模块还包括H个模拟量输入模块、多路PWM输出模块、CAN总线通讯模 块、数字量输入模块和继电器输出模块；
[0018] H个模拟量输入模块，分别用于接收交流电压互感器、电流互感器和直流电压互 感器采集的信号；
[0019] 多路PWM输出模块，用于将控制脉冲发送至驱动保护模块；
[0020] CAN总线通讯模块，用于通过CAN总线与其他设备交换数据；
[0021] 数字量输入模块，用于接收现场操作按键输入的控制指令；
[0022] 继电器输出模块，用于将主控制器当前状态发送给状态指示灯。
[0023] 所述的天然气电站补偿装置的主控制器的控制方法，所述方法通过主控模块实 现，主控模块的工作过程包括如下步骤：
[0024] 所述控制方法包括如下步骤：
[002引步骤一：对交流电压互感器获取电网侧的立相交流电压[Uga Ugb UgjT进行同步监 巧1|，获得同步旋转坐标系下q轴正序分量<1+、d轴基波正序分量的幅值咕+、q轴负序分量 吃q-和d轴基波负序分量的幅值咕-;
[0026] 步骤二：根据步骤一获得的<+、<d+、"gq -和、"gd-，结合有功功率给定和无功功 率给定，根据公式（1)和公式（2)，获得并网电流参数指令：
【权利要求】
1. 天然气电站补偿装置的主控制器，其特征在于，所述控制器包括主控模块（I)、交流 电压互感器（5)、电流互感器（6)、驱动保护模块（8)和直流电压互感器（7); 交流电压互感器（5)，用于采集电网侧的三相交流电压，发送给主控模块（1); 电流互感器（6)，用于采集并网电流，发送给主控模块（1); 直流电压互感器（7)，用于采集天然气电站补偿装置的直流电压，发送给主控模块 (1); 主控模块（1)，根据接收的三相交流电压、并网电流和直流电压，获得期望电流值，转换 成控制脉冲发送至驱动保护模块（8); 驱动保护模块（8)，根据接收的控制脉冲，控制天然气电站补偿装置的逆变器输出期望 电流。
2. 根据权利要求1所述的天然气电站补偿装置的主控制器，其特征在于，所述主控模 块为PAC主控模块。
3. 根据权利要求1所述的天然气电站补偿装置的主控制器，其特征在于，所述主控制 器还包括触摸液晶屏模块（2)、现场操作按键（3)和状态指示灯（4); 触摸液晶屏模块（2)，用于显示主控制器的工作状态，还用于为主控模块（1)输入控制 指令； 现场操作按键（3)，用于在工作现场为主控模块（1)输入控制指令； 状态指示灯（4)，用于在工作现场显示主控制器的当前状态。
4. 根据权利要求2所述的天然气电站补偿装置的主控制器，其特征在于，所述主控模 块（1)还包括三个模拟量输入模块（9)、多路PWM输出模块（10)、CAN总线通讯模块（11)、 数字量输入模块（12)和继电器输出模块（13); 三个模拟量输入模块（9)，分别用于接收交流电压互感器（5)、电流互感器和直流电压 互感器（7)采集的信号； 多路PWM输出模块（10)，用于将控制脉冲发送至驱动保护模块（8); CAN总线通讯模块（11)，用于通过CAN总线与其他设备交换数据； 数字量输入模块（12)，用于接收现场操作按键（3)输入的控制指令； 继电器输出模块（13)，用于将主控制器当前状态发送给状态指示灯（4)。
5. 权利要求1所述的天然气电站补偿装置的主控制器的控制方法，其特征在于，所述 方法通过主控模块（1)实现，主控模块（1)的工作过程包括如下步骤： 所述控制方法包括如下步骤： 步骤一：对交流电压互感器获取电网侧的三相交流电压[ugaugbUgJT进行同步监测，获 得同步旋转坐标系下q轴正序分量iC+、d轴基波正序分量的幅值、q轴负序分量iW和 d轴基波负序分量的幅值Wsl-; 步骤二：根据步骤一获得的4+、4+、和、心，结合有功功率给定和无功功率给 定，根据公式（1)和公式（2)，获得并网电流参数指令：
式中，?ο为注入电网的平均无功功率；为注入电网的平均有功功率；;<和< 分别 为注入电网的平均有功功率给定指令和无功功率给定指令； 步骤三：根据天然气电站补偿装置的容量限制对步骤二获得的并网电流参数指令进行 修正， 若满足公式（3)，则并网电流参数指令不需要修正：
若满足公式（4)，则根据公式（5)对并网电流参数指令进行修正：
修正后的并网电流参数指令）
若满足公式（6)，则根据公式（7)对并网电流参数指令进行修正：
修正后的并网电流参数指令为
其中，i2_为并网电流限制值； 步骤四：对步骤三修正后的并网电流参数指令，再根据公式（8)修正其相角滞后：
其中，ω为母线电压角速度，L2SLCL滤波器中网侧电感的电感值，C为LCL滤波器中 滤波电容的容值，所述LCL滤波器为天然气电站补偿装置中的滤波器； 步骤五：根据公式（9)，将步骤四修正相角滞后的并网电流参数指令转换到基波正序 同步旋转坐标系下，获得：
其中，对?/和连续进行负序PARK逆变换与正序PARK变换运算分别得到?/和 步骤六：采用反馈控制器传递函数和前馈解耦控制器传递函数对步骤五得到的和?二分别进行复合控制，获得同步旋转坐标系下d轴电流和q轴电流； 其中，反馈控制器传递函数为
前馈解稱控制器传递函数为Gpm(S) =c〇Lt (11), Kp、Kid。和Kia。均为控制器系数，ωi为电网电压正序分量基波角频率实际值，Lt等于LCL滤波器的网侧电感和变换器电感的电感值之和； 步骤七：步骤六获得的d轴电流和q轴电流进行正序PARK逆变换，获得α轴电流和β轴电流； 步骤八：对步骤七获得的α轴电流和β轴电流由SVPWM算法，得到三相桥臂控制脉 冲，将所述控制脉冲发送至驱动保护模块（8)。
6.根据权利要求5所述的天然气电站补偿装置的主控制器的控制方法，其特征在于， 所述步骤一具体方法为： 交流电压互感器获取电网侧的三相交流电压[UgaUgbUgJT输入至基波正、负序分离模 块，所述基波正、负序分离模块输出正序分量[Uga+uge+]T和负序分量[uga_uge_]T，所述正 序分量[Uga+ug0+]T和负序分量[uga_ug0_]T分别输入至正、负序PARK变换模块，正序PARK 变换模块以Θ为同步角，输出q轴正序分量<+和基波正序分量的幅值4+，负序PARK变 换模块-Θ为同步角，输出q轴负序分量wgq和基波负序分量的幅值^-; 其中-输入至环路滤波器，环路滤波器LF输出的信号与前馈角频率ωf相加后获得 电网电压正序分量基波角频率测量值4，电网电压正序分量基波角频率测量值兩输入至压 控振荡器VCO,压控振荡器VCO输出的信号与2π经鉴相器MOD输出基波正序分量的相角Θ0
【文档编号】H02J3/38GK104466964SQ201410766008
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】孙力, 段建东, 国海峰, 赵克, 吴凤江, 安群涛, 孙东阳, 王志刚, 王令今 申请人:哈尔滨工业大学