[发明专利]一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法

权利要求书

1.一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，包括采用背靠背结构的柔性开关，所述柔性开关一侧的变换器为整流侧变换器，另外一侧的变换器为逆变侧变换器，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：静止坐标系下控制模型建模法；

步骤2：柔性开关正常运行模式控制方法；

步骤3：故障处理模式控制方法；

3.1：逆变侧故障；

3.2：整流侧故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，其特征在于：所述步骤1中，包括步骤1.1柔性开关的典型结构α-β静止坐标系下的数学模型；步骤1.2：根据瞬时无功功率理论，给出α-β静止坐标系下的有功和无功功率公式；步骤1.3：用功率参考值替换实际功率，得到柔性开关在α-β静止坐标系下的电流参考值的α分量和β分量。

3.根据权利要求2所述的一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，其特征在于：所述步骤1.1中，根据柔性开关的典型结构α-β静止坐标系下的数学模型如式(1)和式(2)所示；

其中Lk和Rk分别为滤波电感和等效串联电阻；iαk和iβk为电感电流的α分量和β分量；e_αk和e_βk为电网电压的α分量和β分量；s_αk和s_βk为开关函数的α分量和β分量；u_dc为直流电压；下标k＝1,2；

所述步骤1.2中，根据瞬时无功功率理论，给出α-β静止坐标系下的有功和无功功率公式，如式(3)和式(4)所示。

用式(3)和式(4)计算有功和无功电流，如式(5)；

所述步骤1.3中，用功率参考值替换实际功率，进而得到柔性开关在α-β静止坐标系下的电流参考值的α分量和β分量，如式(6)和式(7)所示；

其中P_kref和Q_kref为有功和无功功率参考值；式(6)和式(7)即为柔性开关静止坐标系控制基本公式，柔性开关在正常状态和故障状态的控制方法均基于该基本公式。

4.根据权利要求2所述的一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，其特征在于：所述步骤2中包括，2.1整流侧变换器的控制方法和2.2逆变侧变换器的控制方法。

5.根据权利要求3所述的一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，其特征在于：

所述步骤2.1中，包括如下步骤：

2.11.将采集的直流电压与直流电压参考值相减得到电压误差信号；

2.12.电压误差信号进入PI调节器，运算得到直流电流，将直流电流与电压参考值相乘得到有功功率参考值；

2.13.将有功功率参考值P_ref和无功功率参考值Q_ref、电网电压的α分量和β分量送入公式(6)和(7)计算得到电流内环参考值的α分量和β分量；

2.14.电流内环参考值与电网电流静止坐标系下的对应分量做差，得到的误差信号为交流分量，采用比例谐振PR控制器得到调制信号以实现零稳态误差跟踪，最后经过正弦脉宽调制策略得到驱动脉冲；

所述步骤2.2中，包括如下步骤：采用控制有功和无功功率的PQ控制，包括如下步骤：

2.21.由上层调度系统处获得系统有功和无功功率的参考值P_ref和Q_ref；

2.22.由电流测量设备处获得电网电流的值，并计算电网电流在静止坐标系下的α分量和β分量。

2.23.将利用有功和无功功率参考值代入公式(6)和(7)计算电流参考值的分量，并与相应的电网电流的分量做差，得到的误差信号为交流分量；

2.24.采用比例谐振PR控制器得到调制信号以实现零稳态误差跟踪，最后经过正弦脉宽调制策略得到驱动脉冲。

6.根据权利要求2所述的一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，其特征在于：所述步骤3中根据故障类型可分为3.1逆变侧故障和3.2整流侧故障。

7.根据权利要求6所述的一种基于静止坐标系的柔性开关并网和离网协调控制方法，其特征在于：所述3.1逆变侧故障中，逆变侧变换器将由PQ控制策略切换至恒压恒频控制，以维持交流母线电压和频率的稳定，为交流侧母线上的负荷提供可靠供电，其控制方法包括如下步骤：

3.11.在电网正常时，控制开关S接入1，逆变侧变换器工作在PQ控制模式；

3.12.逆变侧电网发生故障后，孤岛检测后触发开关S接入2，此时PQ控制切换至静止坐标系下的恒压恒频控制；

3.13.恒压恒频控制中，将电压外环参考值分别与实际负载端电压相减得到电压交流误差信号，然后经过PR控制器得到电流内环参考值，再进行电流内环控制，最终生成驱动信号；

所述3.2整流侧故障中，整流侧和逆变侧变换器的控制策略均需调整：逆变侧变换器由PQ控制切换至直流母线电压控制，以维持直流母线电压的稳定；整流侧变换器将由直流母线电压控制切换至恒压恒频控制，以维持故障侧交流母线电压和频率稳定，其控制方法包括如下步骤：

3.21.在电网正常情况下，整流和逆变侧变换器控制开关S接入1；

3.22.当整流侧电网故障后，经过孤岛检测后触发控制开关S接入2；

3.23.逆变变换器的PQ控制切换至直流电压与无功功率控制模式，以经过PI运算后的直流误差和无功功率参考值计算内环电流参考值，并经过PR控制器后得到驱动脉冲；

3.24.整流侧变换器同时由直流母线电压控制切换至恒压恒频控制模式，将电压外环参考值分别与实际负载端电压相减得到电压交流误差信号，然后经过PR控制器得到电流内环参考值，再进行电流内环控制，最终生成驱动脉冲。