[发明专利]用于估计交流网络的状态的方法和随后的自适应控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于估计AC网络的状态的方法，更具体地，涉及一种用于估计AC网络的状态并基于AC网络的状态来实现自适应控制的方法。

背景技术

具有关于AC网络的状态的估计对于大功率转换器的安全和稳定操作和一般的电力系统非常重要。在这种情况下，AC网络的状态意味着存在孤岛或非孤岛网络条件、负载馈线的损耗或AC网络的强度以及附近的电压控制器的量。一旦已知AC网络的状态，就可以设置自适应控制过程，例如可以调整与功率转换器相关联的控制器参数以实现功率转换器中的改进的性能行为。例如，对于具有弱附近电压控制量的弱AC网络，将以一种方式调整控制器参数，并且对于具有强附近电压控制量的强AC网络，以另一种方式调整控制器参数。

在孤岛网络条件下，系统的一小部分与AC网络的其余部分隔离。这可能是由于线路跳闸、或变压器故障和其他类似的意外事故。孤岛网络条件的发生是潜在的危险情况，其可能在AC网络的电气设备上引起危险应力，引起系统不稳定性并且可能导致切断或断电。

负载馈线的损耗适用于电力电子转换器，由于系统偶然性，其完全隔离或从AC网络断开。系统偶然性可以是例如AC线路或变压器的意外跳闸。负载馈线的损耗是潜在的危险情况，其可能对电力电子转换器内的电气设备造成危险的应力。

没有用于估计AC网络的状态的快速和可靠的系统，其能够在发生之后的几毫秒内识别负载馈线的孤岛或损耗，这可能是电气设备上的临界应力的原因。此外，不能精确地估计AC网络的强度，并且附近电压控制的量可能导致由诸如SVC、HVDC或风力涡轮机控制的功率电子设备采取的低于最优控制动作，导致系统不稳定性和功率中断。

到目前为止，在快速动态功率电子控制器(例如LCC和VSC HVDC)的情况下，需要来自网络运营商的外部触发信号来识别孤岛的网络条件，以便在孤岛电网条件的存在下采取适当的控制动作。在现有技术中不知道如何在其出现的50到100毫秒内非常快速地精确地预测孤岛或非孤岛网络条件。

具有关于AC网络的状态的估计，可以根据系统的强度和附近的电压控制器的存在来调整控制器参数，例如通过调节增益、时间常数等，并且因此改进控制器适应新系统条件的能力。

用于电力电子转换器的自动增益调整是一个越来越重要的课题，其仅被部分地解决。它允许转换器，例如静态无功补偿器或STATCOM，调整其控制器参数，以在系统动态过程中提供更好的性能。

基于在稳态条件期间开始的测量，迄今已经实现了自动增益调整。增益测试基本上包括测量由于来自转换器的一定量的无功功率(dQ)的注入或吸收而导致的母线中的电压变化(dV)。然后使用相对于无功功率的变化的电压变化(dv/dq)来估计连接到变换器的母线的强度。母线的强度由其对在那个母线中注入或吸收无功和有功功率时的电压和频率变化的灵敏度限定。与弱母线相比，强母线不容易发生电压和频率变化。

在不存在来自功率转换器的功率注入或吸收的情况下，另一种增益测试方法是切换或去掉AC滤波器、并联电容器或电抗器，并且再次测量电压相对于无功功率的变化率(dv/dq)。

随着AC网络中的电压控制功率电子转换器的数量的增加，到目前为止的最大挑战之一是具有适当的控制器参数选择，例如增益，其考虑了附近的“其它”电压控制设备的存在。

不具有系统强度和附近电压控制器的量的可靠估计是低于最佳性能行为的原因，例如功率电子驱动转换器中的上升时间、稳定时间最大过冲、不足的阻尼振荡等。

到目前为止，执行如上所述的增益测试以估计转换器连接到的母线的强度，然而如果存在附近的电压控制设备，例如其他快速动态补偿，则增益测试的结果将会误导。例如，具有大量附近电压控制器的非常弱的母线可能看起来像增益测试的强母线，导致完全不适当的控制器参数调整。

因此，越来越需要一种准确地估计AC网络的状态的方法。一旦估计了AC网络的状态，就可以使用相同的信息来相应地改变功率转换器的控制器参数，以实现更好的系统性能。

发明内容