СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ НА СТОРОНЕ ИНВЕРТОРА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
METHOD OF FREQUENCY CONTROL ON INVERTER SIDE FOR TRANSMITTING CONSTANT CURRENT

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу регулирования частоты на стороне инвертора систем передачи электроэнергии постоянным током высокого и сверхвысокого напряжения, применимому к передаче электроэнергии постоянным током высокого и сверхвысокого напряжения.
Предшествующий уровень техники
Способ регулирования частоты является устойчивым способом, применимым к системам передачи электроэнергии постоянным током высокого/сверхвысокого напряжения (HVDC), и быстрое регулирование электрической сети постоянного тока используется для достижения цели, заключающейся в изменении частоты подключенной электрической сети переменного тока путем регулирования непосредственно передаваемой мощности. При сбоях в электрической сети переменного тока, соединенной с электрической сетью постоянного тока, функция регулирования частоты сможет восстановить и обеспечить стабильную работу электрической сети переменного тока путем регулирования мощности передачи электрической сети постоянного тока. Регулирование частоты важно, особенно если получаемая конечная электрическая сеть переменного тока является маломощной.
В стандартной электрической сети постоянного тока на стороне выпрямителя осуществляется регулирование тока (мощности), а на стороне инвертора -регулирование напряжения или угла затухания. За счет регулирования тока (мощности) на стороне выпрямителя стандартный регулятор частоты при постоянном токе настраивается на стороне выпрямителя; управление частотой на стороне инвертора осуществляется посредством передачи измеренного значения частоты на стороне инвертора регулятору частоты на стороне выпрямителя посредством межстанционной связи. Но межстанционная связь вызывает запаздывание по фазе регулятора частоты, что влияет на точность регулирования. Когда межстанционная связь нестабильна, измеренное значение частоты на стороне инвертора не может быть передано на сторону выпрямителя. В патенте CN 200510081612.9 описан метод управления частотой путем регулирования напряжения постоянного тока на стороне инвертора при возникновении сбоя межстанционной связи. Согласно данному способу, с одной стороны, потери реактивной мощности увеличиваются за счет снижения напряжения постоянного тока, и увеличение напряжения постоянного тока станет угрозой безопасности сети, даже привести к нарушению коммутации, с другой стороны, напряжение постоянного тока ограничивается путем регулирования диапазона и обеспечения медленной скорости регулирования, что приводит к ограничению возможности регулирования частоты. В исследовании частотной модуляции, проводимом путем имитационного моделирования в электрической сети постоянного тока в Шенгси, представленном в девятом томе журнала «Электрооборудование», 2008, описан метод регулирования постоянного тока для стороны инвертора с целью реализации функции регулирования частоты на стороне инвертора в случае нарушения межстанционной связи, но, поскольку сторона преобразователя функционирует при постоянном угле альфа, регулирование напряжения постоянного тока не представляется возможным, возможность регулирования частоты является необоснованной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является представление способа регулирования частоты на стороне инвертора в системах передачи электроэнергии постоянным током высокого/сверхвысокого напряжения, который может обеспечить быстрое и эффективное регулирование частоты электрической сети на стороне инвертора.
Для достижения цели техническое решение настоящего изобретения представляет собой способ регулирования частоты на стороне инвертора для передачи постоянного тока, отличающийся тем, что включает следующие шаги:
(1) достижение состояния выполнения функции регулирования частоты, выполнение шага (2) в состоянии ввода и завершение регулирования частоты в состоянии завершения;
(2) передача значения отклонения частоты электрической сети на стороне инвертора от номинальной частоты регулятору частоты на стороне инвертора, при которой регулятор частоты регулирует и выводит величину модуляции ΔDP, используя саморегулируемые параметры в зависимости от разных рабочих условий;
(3) достижение состояния межстанционной связи, выполнение шага (4) при нормальной межстанционной связи; и выполнение шагов (5), (6) и (7) при возникновении сбоя межстанционной связи;
(4) формирование новой команды на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя и на стороне инвертора посредством межстанционной связи и вывода величины модуляции ΔDP регулятором частоты на стороне инвертора, регулирование с помощью регулятора мощности/тока на стороне выпрямителя в соответствии с новой командой на подачу мощности/тока, таким образом, обеспечивая регулирование частоты на стороне инвертора путем изменения объема мощности передачи; и завершение выполнения функции регулирования частоты после вывода величины модуляции ΔDP;
(5) преобразование регулирования напряжения в регулирование тока на стороне инвертора и преобразование регулирования тока в регулирование напряжения на стороне выпрямителя;
(6) принужденное обновление текущего фактического измеренного значения мощности в соответствии с командой на подачу мощности на стороне инвертора и поддержание в течение t1мс, при котором оператор может задать непосредственно команду на подачу мощности в соответствии с планом через t1мс; принудительный вывод нуля от регулятора частоты на стороне инвертора в течение t2мс, сброс выходного значения интегрального регулятора частоты на ноль и обеспечение работы в нормальном режиме через t2мс; принудительное завершение работы регулятора частоты на стороне выпрямителя и сброс выходного значения интегрального регулятора частоты на ноль;
(7) наложение выходной величины модуляции ΔDP регулятора частоты на стороне инвертора на команду на подачу мощности/тока на стороне инвертора, регулирование с помощью регулятора мощности/тока на стороне инвертора в соответствии с новой командой на подачу мощности/тока, таким образом, обеспечивая регулирование частоты на стороне инвертора путем изменения объема мощности передачи; и завершение выполнения функции регулирования частоты после вывода величины модуляции ΔDP.
В решении:
Диапазон значений t1 составляет 0-200 мс, и диапазон значений t2 - 0-100 мс.
В решении: выполнение функции регулирования частоты на стороне инвертора автоматически прекращается при увеличении или уменьшении мощности/тока какого-либо полюса на стороне выпрямителя или инвертора, и автоматическое введение после увеличения или уменьшения; выполнение функции регулирования частоты на стороне инвертора автоматически прекращается, когда значение постоянного тока нельзя изменить, и автоматическое введение осуществляется до тех пор, пока не изменится значение постоянного тока.
В решении: выходная величина модуляции ΔDP регулятора частоты со стороны инвертора дает возможность сформировать новую команду на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя и инвертора посредством средств межстанционной связи, и после формирования команды на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя, выходная величина модуляции ΔDP регулятора частоты со стороны инвертора передается на сторону выпрямителя посредством межстанционной связи и наложения на команду на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя для формирования новой команды на подачу мощности/тока, и на стороне инвертора обеспечивается выполнение новой команды посредством межстанционной связи; если команда на подачу мощности/тока регулируется с целью формирования на стороне инвертора, выходная величина модуляции ΔDP регулятора частоты со стороны инвертора накладывается непосредственно на команду на подачу мощности/тока на стороне инвертора для формирования новой команды на подачу мощности/тока, и выпрямитель функционирует в соответствии с новой командой за счет межстанционной связи.
В решении: регулятор частоты работает на регулирующем полюсе, и полюс с нормальной межстанционной связью является преимущественным на регулирующем полюсе; нерегулирующий полюс отслеживает выходное значение регулятора частоты регулирующего полюса; постоянный ток регулирующего полюса не меняется, а постоянный ток нерегулирующего полюса можно изменить, выполнение функции регулирования частоты регулирующего полюса не прекращается, величина модуляции, сгенерированная регулятором частоты регулирующего полюса, передается на нерегулирующий полюс посредством межполюсной связи, и нерегулирующий полюс регулирует мощность передачи для регулирования частоты.
В решении «нерегулирующий полюс отслеживает выходное значение регулятора частоты регулирующего полюса» означает, что выход регулятора частоты нерегулирующего полюса постоянно отслеживает выходное значение регулятора частоты регулирующего полюса; величина модуляции нерегулирующего полюса основывается на выходном значении регулятора частоты регулирующего полюса.
В решении: «разные рабочие условия» означает, что двухполюсный режим регулирования мощности имеет связи, управляемые при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования мощности имеет связи, управляемые при разных уровнях мощности; двухполюсный режим регулирования мощности не имеет связей, управляемых при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования мощности не имеет связей, управляемых при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования тока имеет связи, управляемые при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования тока не имеет связей, управляемых при разных уровнях мощности.
В решении выходная мощность модуляции регулятора мощности распределяется между двумя полюсами на основании соотношения абсолютных значений рабочего напряжения постоянного тока двух полюсов и через канал ограничения мощности.
В решении регулятор частоты на стороне инвертора содержит пропорциональный регулятор частоты и интегральный регулятор частоты; интегральный регулятор частоты осуществляет перенастройку с помощью коэффициента k1 в процессе увеличения или уменьшения мощности/тока какого-либо полюса со стороны выпрямителя или инвертора, процесс перенастройки прекращается после завершения процесса увеличения или уменьшения и установления диапазона значений k1 0-1.
В решении «сбой межстанционной связи» означает, что два полюса работают, и произошел сбой межстанционной связи двух полюсов; или два полюса работают, и межстанционная связь только одного полюса обеспечивается в стандартном режиме, что является сбоем межстанционной связи; или только один полюс работает, и произошел сбой межстанционной связи этого полюса.
Настоящее изобретение имеет следующие положительные результаты:
1) обеспечение быстрого и точного регулирования частоты электрической сети на стороне инвертора и соблюдение требований к безопасной и надежной работе электрической сети на стороне инвертора при разных рабочих условиях;
2) решение проблемы регулирования частоты на стороне инвертора при нарушении межстанционной связи и обеспечение быстрого и точного регулирования частоты на стороне инвертора в случае сбоя межстанционной связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ. 1 - блок-схема логических функций настоящего изобретения.
ФИГ. 2 - полная логическая блок-схема процесса регулирования частоты на стороне инвертора настоящего изобретения.
ФИГ. 3 - логическая схема распределения выходной мощности ΔDP регулятора частоты на стороне инвертора между двумя полюсами настоящего изобретения.
ФИГ. 4 - оценочная логическая схема сбоя межстанционной связи настоящего изобретения.
ФИГ. 5 - логическая схема алгоритма регулирования для обеих станций.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предусматривает способ регулирования частоты на стороне инвертора систем передачи электроэнергии постоянным током высокого/сверхвысокого напряжения, который может обеспечить быстрое и точное регулирование частоты электрической сети на стороне инвертора. Техническое решение настоящего изобретения описано вместе с блок-схемой логической функции, как показано на ФИГ. 1. Способ, в частности, включает следующие шаги:
(1) достижение состояния выполнения функции регулирования частоты, задаваемого оператором, выполнение шага (2) в случае ввода функции регулирования частоты и в состоянии ввода, завершение регулирования частоты в случае завершения выполнения функции регулирования частоты;
На состояние функции регулирования частоты влияют следующие три особенности:
A, выполнение функции регулирования частоты на стороне инвертора автоматически прекращается на время в процессе увеличения или уменьшения мощности/тока какого-либо полюса на стороне выпрямителя или инвертора, и автоматическое введение после завершения процесса увеличения или уменьшения;
B, выполнение функции управления частотой на стороне инвертора автоматически прекращается, если постоянный ток нельзя изменить, и автоматическое введение осуществляется до тех пор, пока не изменится постоянный ток. Например, для некоторых проектных систем HVDC, подключенных к слабой системе переменного тока, рабочее напряжение постоянного тока, как правило, ниже 70% номинального напряжения постоянного тока во время запуска системы HVDC. Это предусмотрено для снижения напряжения на преобразовательный вентиль при данном условии, постоянный ток ограничивается минимальным значением рабочего тока, которое нельзя увеличить, пока рабочее напряжение ниже 70%, поэтому, когда рабочее напряжение ниже 70% от номинального напряжения, выполнение функции управления частотой автоматически прекращается, и функция вводится автоматически, только когда рабочее напряжение не ниже 70%.
C, постоянный ток регулирующего полюса нельзя изменить, но постоянный ток нерегулирующего полюса можно изменить, выполнение функции управления частотой регулирующего полюса не прекращается, величина модуляции, генерируемая регулятором частоты регулирующего полюса, передается к нерегулирующему полюсу посредством межполюсной связи, и нерегулирующий полюс регулирует мощность передачи для управления частотой.
(2) Как показано на ФИГ. 2, выпрямитель регулирует непосредственно передаваемую мощность/постоянный ток при нормальной межстанционной связи; тем не менее, в случае сбоя межстанционной связи инвертор регулирует непосредственно передаваемую мощность/постоянный ток. Расхождение между измеренной частотой электрической сети на стороне инвертора и номинальной частотой является входным значением для регулятора частоты на стороне инвертора, и регулятор частоты регулирует и выводит величину модуляции ΔDP, применяя саморегулируемые параметры в соответствии с разными рабочими условиями. «Разные рабочие условия» означает, что двухполюсный режим регулирования мощности имеет связи, управляемые при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования мощности имеет связи, управляемые при разных уровнях мощности; двухполюсный режим регулирования мощности не имеет связей, управляемых при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования мощности не имеет связей, управляемых при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования тока имеет связи, управляемые при разных уровнях мощности; однополюсный режим регулирования тока не имеет связей, управляемых при разных уровнях мощности.
В настоящем изобретении регулятор частоты функционирует на регулирующем полюсе, а нерегулирующий полюс отслеживает выходное значение регулятора частоты регулирующего полюса.
На ФИГ. 3 показано, что выходное значение мощности модуляции распределяется между двумя полюсами на основании соотношения абсолютных значений рабочего напряжения постоянного тока двух полюсов и через канал ограничения мощности. Например, рабочее напряжение постоянного тока одного полюса составляет 500 кВ, рабочее напряжение постоянного тока другого полюса равно 400 кВ, полюс, напряжение постоянного тока которого составляет 500 кВ, поддерживает величину модуляции , и полюс, напряжение постоянного тока которого составляет 400 кВ, поддерживает величину модуляции .
«Нерегулирующий полюс отслеживает выходное значение регулятора частоты регулирующего полюса» означает, что выход регулятора частоты нерегулирующего полюса постоянно отслеживает выходное значение регулятора частоты регулирующего полюса; величина модуляции нерегулирующего полюса основывается на выходном значении регулятора частоты регулирующего полюса.
В настоящем изобретении регулятор частоты на стороне инвертора содержит пропорциональный регулятор частоты и интегральный регулятор частоты; интегральный регулятор частоты осуществляет перенастройку с помощью коэффициента k1 в процессе увеличения или уменьшения мощности/тока какого-либо полюса со стороны выпрямителя или инвертора, процесс перенастройки прекращается после завершения процесса увеличения или уменьшения и установления диапазона значений k1 в пределах 0-1.
(3) Достижение состояния межстанционной связи, выполнение шага (4) при нормальной межстанционной связи; и выполнение шагов (5), (6) и (7) при возникновении сбоя межстанционной связи,
при котором, как показано на ФИГ. 4, «сбой межстанционной связи» означает, что два полюса работают, и произошел сбой межстанционной связи двух полюсов; или два полюса работают, и межстанционная связь только одного полюса обеспечивается в стандартном режиме, что является сбоем межстанционной связи; или только один полюс работает, и произошел сбой межстанционной связи этого полюса. Например, на ФИГ. 4 1 - селектор и 2 - сигнал выбора. Если 2 принимает значение true (истина), выходное значение селектора равно верхнему входному значению, и 2 принимает значение false (ложь), выходное значение селектора равно нижнему входному значению. Иными словами, если значение для работы полюса 1 равно true, выходное значение селектора равно сбою межстанционной связи полюса 1, в противном случае выходное значение селектора равно true; если значение для работы полюса 2 равно true, выходное значение селектора равно сбою межстанционной связи полюса 2, в противном случае выходное значение селектора равно true. В настоящем изобретении значение для сбоя межстанционной связи полюса 1 или значение для сбоя межстанционной связи полюса 2, или значение для сбоя межстанционной связи равно «да» (true) или «нет» (false).
(4) формирование новой команды на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя и на стороне инвертора посредством межстанционной связи и вывода величины модуляции ΔDP регулятором частоты на стороне инвертора, регулирование с помощью регулятора мощности/тока на стороне выпрямителя в соответствии с новой командой на подачу мощности/тока, таким образом, обеспечивая регулирование частоты на стороне инвертора путем изменения объема мощности передачи; и завершение выполнения функции регулирования частоты после вывода величины модуляции ΔDP;
при котором выходная величина модуляции ΔDP регулятора частоты со стороны инвертора дает возможность сформировать новую команду на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя и инвертора посредством средств межстанционной связи, и после формирования команды на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя, выходная величина модуляции ΔDP регулятора частоты со стороны инвертора передается на сторону выпрямителя посредством межстанционной связи и наложения на команду на подачу мощности/тока на стороне выпрямителя для формирования новой команды на подачу мощности/тока, и на стороне инвертора обеспечивается выполнение новой команды посредством межстанционной связи; если команда на подачу мощности/тока регулируется с целью формирования на стороне инвертора, выходная величина модуляции ΔDP регулятора частоты со стороны инвертора накладывается непосредственно на команду на подачу мощности/тока на стороне инвертора для формирования новой команды на подачу мощности/тока, и выпрямитель функционирует в соответствии с новой командой за счет межстанционной связи.
(5) Как показано на ФИГ. 5, преобразование регулирования напряжения в регулирование тока на стороне инвертора и преобразование регулирования тока в регулирование напряжения на стороне выпрямителя. На ФИГ. 5 1 - селектор и 2 -сигнал выбора. Если 2 принимает значение true, от регулятора тока поступает команда ALPHA инвертора, и, если 2 принимает значение false, от регулятора напряжения поступает команда ALPHA инвертора.
(6) принужденное обновление текущего фактического измеренного значения мощности в соответствии с командой на подачу мощности на стороне инвертора и поддержание в течение 0~200 мс, при котором оператор может задать непосредственно команду на подачу мощности в соответствии с планом через 0~200 мс; принудительный вывод нуля от регулятора частоты на стороне инвертора в течение 0~100 мс, сброс выходного значения интегрального регулятора частоты на ноль и обеспечение работы в нормальном режиме через 0~100 мс; принудительное завершение работы регулятора частоты на стороне выпрямителя и сброс выходного значения интегрального регулятора частоты на ноль;
(7) наложение выходной величины модуляции ΔDP регулятора частоты на стороне инвертора на команду на подачу мощности/тока на стороне инвертора, регулирование с помощью регулятора мощности/тока на стороне инвертора в соответствии с новой командой на подачу мощности/тока, таким образом, обеспечивая регулирование частоты на стороне инвертора путем изменения объема мощности передачи; и завершение выполнения функции регулирования частоты после вывода величины модуляции ΔDP.