动态电网电压跌落检测装置的设计与研究

2023-03-02

当新能源并入电网时,在并入的瞬间,会导致供电电压有效值快速下降到系统正常工作的额定值以下,持续一段时间后,电压有效值又会回到系统的额定值标准范围内,这种现象定义为电压跌落。由于电压跌落随机又快速,本文采取建立检测系统,实现对电网的实时检测,从而对相应的状态实现动态补偿,来解决电压跌落的问题。具体措施是在闭环控制前馈环节加入比例谐振控制。

一、动态电网电压跌落检测装置

本文设计的检测装置的构成如下,装置是有由两个绝缘栅双极型晶体管组成的PWM控制器构成,用来演示系统内直流和交流之间相互转换的过程,系统中电压会出现不对称等问题。整流部分采用电压外环,电流内环控制。逆变部分控制输出交流电压,模拟电压跌落过程。

电网电压跌落检测装置针对不同的故障状态,使用不用的控制方法,从而检测实时的电压、电流有效值的变化,该装置可以基本实现监控输出端电压的幅值,相位和频率值。

二、比例谐振控制的实现

本文在闭环控制前馈环节引入比例谐振控制,采用4个比例谐振控制器,利用谐振增大频率的增益,减少坐标变换次数,实现在监控系统在相对静止的坐标系下对交流信号的控制,通过对比控制函数可知该控制策略还可实现频率响应。比例谐振控制器传递函数为:

经过观察检测装置的实验图形,可以明显发现,在系统给定的频率0附近,加入比例谐振的控制器相较于原闭环控制系统,其电压有效值的最大值趋近于无穷大,增加的更多,变化更明显,这充分说明,加入了比例谐振的控制系统实现了对交变信号的实时准确的控制。

同时为了让动态电网电压跌落检测装置实现实时检测,对闭环控制中的电压外环和电流内环,同时使用引入比例谐振的控制器。

具体控制策略实现的方式是,电网电压存在正序和负序,在d轴上,得到电压分量,和电压偏差信号对比,对电压进行dq变换,得到q轴的分量,同理变换q轴,得到d轴分量,再将变换后的直流值同时转变为静止坐标系下的交流值。实现转换后,引入比例谐振控制,得到最终的电压信号。

三、试验及结论

为了验证该检测装置,采用MATLAB进行仿真。首先在MATLAB中搭建了风电机组并网模拟系统模型,假设三相电压跌落20%,持续时间为200ms。对于电力系统中常见的三种不对称故障,包括单相接地短路故障,两相接地短路故障,两相相间短路故障,分别进行正序和负序的电压分量的模拟和调试,通过观测实验波形图,发现三种不同故障的电压跌落的幅值深度不同,两相相间短路故障的电压负序分量最大。

本文通过在闭环控制前馈环节引入比例谐振控制,基本可保证输出电压的稳定性。图2为电压指令与电压反馈进行比较的波形图,可以发现,检测装置的反馈值能够实时跟踪电压的瞬间跌落,由此验证了该装置的动态电网电压跌落检测的速度很快,能够准确反映出电网电压跌落瞬间的状态。

本文提出了将闭环控制前馈环节引入比例谐振控制,应用于发生电压不对称跌落的控制系统中。

经过实验验证了该控制策略可很好实现模拟不对称跌落故障,检测系统的动态响应速度很快,对负载扰动有较强的抑制能力,稳态的控制精度较高,谐波含量较少,因此比例谐振控制策略能较好地实现模拟电压跌落系统的控制。

摘要：本文设计了基于变流器形式下模拟电网故障的发生装置,在会出现电压不对称跌落现象的控制系统中,采用基于PWM的控制器的前馈环节的方法,较好地实现模拟电压跌落系统的控制。

关键词：模拟装置,比例谐振控制,电压不对称跌落,矢量控制