一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法

1.本发明涉及一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，尤其涉及一种双轴励磁调相机并网后维持电力系统暂态稳定的励磁控制方法。


背景技术：

2.随着新能源发电技术及高压直流输电技术的发展，新能源发电的送端电网在面对直流系统线路故障、受端换相失败、直流闭锁等故障时电压剧烈变化，甚至可能脱网，严重影响电网电压稳定性。相较于传统建在主网侧的大型调相机，建在新能源厂站附近的分布式调相机不仅能发挥系统动态无功储备的作用，还能为新能源电站提供次暂态、暂态、稳态全过程电压支撑。
3.此外，传统的同步调相机采用单轴励磁，受电机参数影响，进相能力不及迟相能力，不能有效抑制暂态过电压。传统的无功——电压协调控制策略，以维持机端电压稳定为目标，当系统侧电压下降时，调相机发出无功功率进行调节，此时机端电压稳定，系统侧电压下降。即当以机端电压为控制目标时，不能保证系统电压稳定。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，包括：
5.1.双轴励磁调相机在转子上分布有相互垂直的两相励磁绕组，两相励磁绕组的结构参数及励磁情况相同。可以灵活地调节励磁电流的大小，改变调相机的励磁状态。强励时，增大励磁电流使得合成励磁电动势大于机端电压，调相机发出无功功率。欠励时，减小励磁电流使得合成励磁电动势小于机端电压，调相机吸收无功功率；
6.2.把双轴励磁调相机并入电网，测量调相机机端电压、无功功率及系统侧电压；
7.3.计算调相机机端电压实际值与参考值之差，并作用于pid校正电路，实现快速强励，维持机端电压稳定；
8.4.计算调相机无功功率实际值与参考值之差，经过积分环节作用于pid校正电路，实现励磁电流的微调，满足系统对无功功率的需求；
9.5.计算系统侧电压实际值与参考值之差，经过放大、相位补偿、限幅环节作用于pid校正电路，提高系统电压稳定性；
10.6.进一步地，双轴励磁电流大小相同，合成的励磁电流与d轴的夹角满足：θ＝45
°
；
11.7.进一步地，不计调相机有功损耗时合成励磁电动势与机端电压方向相同或相反；
12.8.进一步地，pid校正电路的总输入量等于零时，正常励磁。pid校正电路的总输入量大于零时，减小d、q轴励磁电流，调相机进相运行，表现为吸收无功功率。pid校正电路的总输入量小于零时，增大d、q轴励磁电流，调相机迟相运行，表现为发出无功功率；
13.9.进一步地，输入到pid校正电路的误差变化率大于零时，减小d、q轴励磁电流。输
入到pid校正电路的误差变化率小于零时，增大d、q轴励磁电流；
14.10.进一步地，pid校正电路的输出量经放大、限幅、移相触发、整流环节得到励磁电动势。
15.如上所述，本发明提供的一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，具有如下效果：
16.双轴励磁调相机两相励磁电流大小相同，可以减少转子发热；两相励磁绕组采用相同的励磁控制策略，通过一套励磁系统给两相励磁绕组供电，易于操作，节约成本；与传统同步调相机相比，双轴励磁调相机突破最小励磁电流为零的限制，通过反向强励可以获得与迟相能力相当的短时进相能力，能够满足系统对无功功率的需求；引入系统电压作为反馈量能够提高电网电压稳定性；引入pid校正电路能够提高励磁系统的稳定性和强励时励磁电压的上升速度。
附图说明
17.图1是本发明的方法流程图；
18.图2是本发明的励磁系统函数模型。
具体实施方式
19.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，显然所描述的实施例仅仅是本发明中的一例，本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
20.如图1所示，本发明提供的一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，所述方法包括以下步骤：
21.1.选用50mvar隐极式分布式调相机，在转子的d、q轴上均设有励磁绕组，两相励磁绕组相互垂直、参数相同。
22.2.对两相励磁绕组采用相同的励磁控制策略，确保两相励磁绕组的励磁电压、励磁电流大小相同，即u
fd
＝u
fq
、i
fd
＝i
fq
。
23.3.将双轴励磁调相机经升压变压器并入电网，测量调相机机端电压、电流以及系统侧电压，并计算调相机发出的无功功率。机端电压、无功功率及系统侧电压，即图2中的ug、q、us。
24.4.计算调相机机端电压实际值ug与参考值u
ref
之差，直接输入到pid校正电路。计算调相机无功功率实际值q与参考值q
ref
之差，经过积分环节输入到pid校正电路。计算系统电压实际值us与参考值u
sref
之差，经过放大、相位补偿、限幅环节输入到pid校正电路。将3个输入量相加得到总的输入偏差量。
25.5.pid校正电路选用并联的比例-积分-微分校正电路，表达式为
26.6.pid校正电路的输出量再经放大、限幅、移相触发、整流电路，最终输出励磁电动势。其中，放大电路中的放大倍数ka＝50，时间常数ta＝0.1s。限幅环节设置一个最大励磁电压和最小励磁电压，避免因强励过分引起励磁绕组过热或欠励过分引起调相机失
步。整流电路中的放大倍数kz＝1，时间常数
27.本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都因属于本发明所附的权力要求的保护范围。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动等。


技术特征：
1.一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，所述方法包括：励磁系统的励磁调节作用于两相励磁绕组，使得两相励磁电流大小相等，减小因励磁电流不平衡引起的转子发热；实时获取系统侧电压、调相机机端电压和无功功率；稳态时以无功功率控制为目标，无功功率实际值跟随参考值变化，满足系统对无功功率的需求；暂态时以稳定电压为目标，双轴励磁调相机机端电压实际值跟随参考值变化，系统侧电压实际值跟随参考值变化，当系统发生大扰动或短时故障时，励磁系统快速强励，维持系统侧电压稳定；pid校正电路对输入的小偏差信号补偿校正，使励磁系统在工作范围内稳定运行。2.根据权利要求1所述的一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，其特征在于：引入无功功率控制外环，在系统稳态运行的时间内，通过无功功率实际值与参考值的差值对励磁电流进行微调。3.根据权利要求1所述的一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，其特征在于：在双轴励磁调相机励磁系统引入机端电压作为反馈量的基础上，增加一个系统侧电压作为反馈量，在系统侧母线电压大幅降低时，将系统侧电压偏差量引入计算，从而提高双轴励磁调相机无功输出，起到提高系统电压稳定性的目的。4.根据权利要求1所述的一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，其特征在于：引入pid校正电路，既能提高励磁系统的稳定性和强励时励磁电压上升速度，又能减小稳态误差，从而提高静态电压调节精度。

技术总结
本发明公开了一种双轴励磁调相机提高电网稳定性的励磁控制方法，在无功——电压协调控制策略的基础上，引入系统侧电压作为反馈输入量。稳态时以无功功率作为控制目标，实现慢速调节，满足系统对无功功率的需求；暂态时以系统侧电压作为控制目标，实现快速响应，在系统发生大扰动或短时故障时快速强励，维持系统侧电压稳定。此外，在放大环节前引入PID校正电路，从而提高励磁系统的稳定性和强励时励磁电压的上升速度。本发明提供的双轴励磁调相机励磁控制方法从励磁控制系统的输入量及励磁系统两方面入手，不仅提高了励磁系统的稳定性和强励时励磁电压上升速度，还满足了电网对无功功率的需求，提高了电网电压稳定性。提高了电网电压稳定性。提高了电网电压稳定性。


技术研发人员：付敏 刘振华
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/5/25