[发明专利]一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置及方法

权利要求书

1.一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置，所述稳压稳频装置的功率模块包括H桥电路和与其并联的直流侧电容C；其特征在于，还包括并联在H桥电路两端的有功功率调节电路，所述的有功功率调节电路包括全控型开关器件VT5和与其串联的电阻Rb。

2.根据权利要求1所述的一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置，其特征在于，所述的全控型开关器件VT5的两端还并联有第一反向二极管。

3.根据权利要求1所述的一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置，其特征在于，所述的电阻Rb的两端还并联有第二反向二极管。

4.根据权利要求1所述的一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置，其特征在于，所述的全控型开关器件VT5为IGBT。

5.权利要求1所述的一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置的控制方法，其特征在于，通过调节全控型开关器件VT5输入脉宽变化的PWM波对Rb消耗的有功功率进行调整；输入占空比为D(0≤D≤1)的PWM波时，单个功率单元Rb上消耗的有功功率Pm计算如式1所示：

整个SVG系统消耗的有功功率Ps计算如式2所示：

式中变量含义如下：

V_DC：直流侧电压值；

D：VT5开关管导通占空比；

N：SVG每相串联级数；

R_b：功率单元泄放电阻Rb的阻值；

通过控制VT5开关管导通占空比D对SVG稳压稳频装置消耗有功功率进行连续等比例调节。

6.权利要求1所述的一种基于SVG的钻井平台柴油发电系统稳压稳频装置的控制方法，其特征在于，所述的稳压稳频装置的控制方法包括如下步骤：

步骤一、SVG稳压稳频装置实时采样电网电压u_a^grid、u_b^grid、u_c^grid，电网电流i_agrid、i_bgrid、i_cgrid，SVG电流i_a^svg、i_b^svg、i_c^svg，采用有功无功解耦的同步旋转坐标系下实现有功功率、无功功率的同时补偿与调节；

为实现线性同步旋转标下的无静差跟踪控制，通过检测装置系统公共耦合点处的三相电压，采用双dq解耦数字锁相算法实现电网电压的精确锁相，同时提取同步旋转坐标变换所需的频率和相位；

步骤二、SVG稳压稳频装置控制系统由直流电压控制环、有功d轴、无功q轴两个基波电流控制环及SVG有功调节控制环组成；

直流侧电压控制环的PI输出作为基波有功电流控制环有功指令分量，采用PI控制实现；基波电流控制采用同步旋转坐标系下dq解耦控制，直流侧电压外环输出作为有功电流内环指令参考值I_dref，实现有功功率调节；

系统级无功功率控制模块输出作为基波无功电流内环参考值I_qref，实现对系统无功功率调节；电流控制环在同步旋转坐标系下对SVG输出电流有功分量Id、无功分量Iq实现电流的无静差跟踪得到调制波电压信号有功分量md与无功分量mq，经过dq/abc变换在三相静止坐标系下实现H桥功率单元中功率器件的SPWM调制；

步骤三、SVG有功调节控制通过检测负载有功P_load计算出有功调节支路控制占空比D，最后通过PWM调制实现对有功调节支路中VT5的控制；

有功功率调节支路中VT5的SVG控制逻辑如下：

步骤301、通过检测负载有功变化量P_err与有功设定阀值P_set进行比较，当P_set>P_err且持续时间△T1，输出有功调节指令P_ref＝P_err；当P_err<P_set且持续时间△T2，输出有功调节指令P_ref＝0；

步骤302、根据有功指令P_ref计算出有功调节支路控制占空比D，最后通过PWM调制实现对有功调节支路VT5控制；

其中所用负载有功功率P_load与负载无功功率Q_load计算如下：

步骤403、电流内环闭环传递函数可用一阶惯性环节等效，其等效时间常数为T_C，T_C与电流内环PI参数、控制系统延时有关；P_mload(s)为SVG系统检测的负载有功，如式4所示，其中检测环节按一阶惯性环节等效，其等效时间常数为T₂；将电流内环等效处理后，加入有功功率调节后的电网有功与负载有功的传递函数如公式5所示；式中，Pl_oad(s)为负载有功，P_grid(s)为电网有功，T₁为设定有功衰减时间常数；

式中T₁为设定有功衰减时间常数，通常Tc和T₂远小于T₁，因此上式可简化如下

从上式可以看出，加入SVG调节有功后，在负载有功突变时，电网有功可以按时间常数为T1的惯性环节平滑衰减。