500kW PCS變流器 G2軟件詳細設計

PAGE第2頁共16頁500kWG2軟件詳細設計目錄1，概述 22，控制算法設計 22.1矢量控制算法設計 22.2DCI的控制 22.3小脈沖剔除 33，降額功能設計 33.1輸出總電流限幅 43.2有功功率限幅 53.2.1輸入過電流降額的實現(xiàn) 63.2.2過頻率降額 73.2.3軟關(guān)機功能 83.2.4開機功率軟起 94，電力調(diào)度功能設計 104.1調(diào)度指令的產(chǎn)生 104.2調(diào)度的執(zhí)行 114.2.1調(diào)度的開環(huán)部分 114.2.2調(diào)度的閉環(huán)部分 125，SVG功能 135.1SVG運行模式判斷 135.2SVG運行模式的執(zhí)行 156，外置傳感器自適應功能 157，總結(jié) 16參考文獻： 161，概述當前電源公司設計的500kWG2逆變器與之前的500kW逆變器的結(jié)構(gòu)差異較大，其總體架構(gòu)，采用如下圖所示的方式：圖1500kWG2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖因此，整個500kWG2的軟件系統(tǒng)與之前的500kW逆變器也有很多差異，在參考文獻中已經(jīng)對軟件上的差異進行了簡要的分析。本文檔，將針對這些差異進行詳細設計。2，控制算法設計2.1矢量控制算法設計按照500kWG2的開發(fā)規(guī)格書要求，500kWG2逆變器需要滿足BDEW對于LVRT的要求。因此，需要對控制算法進行重新設計。本系統(tǒng)采用DVCCL的控制方式，在之前的500kW機器上已經(jīng)實現(xiàn)。詳見參考文獻，并在張北測試中通過(參考文獻)。與之前的500kW逆變器采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)不同，本系統(tǒng)采用并管的方式，采樣電流非常大，最大峰值可達到1660A。如果仍然采用Q4的標定方式，所有的功率計算，及控制算法都將溢出。因此本系統(tǒng)對于電流采樣采用Q3的方式標定。注意所有的控制算法內(nèi)部電流都采用Q3的方式。在參數(shù)整定時需要注意數(shù)據(jù)格式。2.2DCI的控制本系統(tǒng)的DCI控制沿用之前500kW的控制方式，只是控制參數(shù)需要修改。在實際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)偏置的變化對DCI影響最大，因此本系統(tǒng)沿用電網(wǎng)零點自學習的算法。并采用變步長的DCI閉環(huán)調(diào)節(jié)方式。當DCI的值超過1.5A時開始調(diào)節(jié)。最大調(diào)節(jié)范圍為115個ACCount，約合101A的偏置電流。2.3小脈沖剔除本系統(tǒng)采用的IGBT在脈沖小于8us時，此時如果出現(xiàn)短路故障時，可能導致IGBTHault故障無法報出。因此，考慮進行小脈沖剔除。本系統(tǒng)采用改變“零矢量”的方法來剔除掉小脈沖。實際如果調(diào)制比過大，仍然會后小脈沖存在。要求最小脈沖不小于8us，加死區(qū)時間，也就是允許打出去的最小脈沖不能低于12us。12us對應的PWMCount為1800，則對應到10000的標幺值因為1800//25000*10000=720。剔除的方法是在SVPWM調(diào)整算法中，計算三相的占空比時進行判斷。如果零矢量小于720，則將“000”矢量的作用時間改為0，也就是“111”矢量變長，但是有效矢量的作用時間維持不變。這樣盡管調(diào)整波發(fā)生變化，但是整個SVPWM的有效輸出不變。實際這種方法只能減少，不能完全剔除掉小脈沖。3，降額功能設計本系統(tǒng)對降額部分進行了徹底的修改，與原來的Mppt上搜降額不同，本系統(tǒng)采用輸出限電流的方式進行降額。引起降額的全部條件如下：1，額定設置引起的降額，包括270V與315V的切換引起的輸出電流變化，已經(jīng)是否允許過載引起的輸出電流變化；2，溫度超限引起的降額，包括環(huán)境溫度，電感溫度，以及散熱器溫度；3，I2t超限引起的降額；4，PV電壓過高引起的降額；6，電網(wǎng)電壓波動引起的降額；7，PF設置引起的降額；8，無功Q設置引起的降額；9，PV過流引起的降額；10，過頻率引起的降額；11，有功調(diào)度引起的降額；12，開機軟起的限流；13，軟關(guān)機的限流。上述全部的條件，可以分為3類，其中第1,2,3,4屬于一類，比較嚴重，全部是要求限制最大的輸出電流，這個電流包括有功及無功電流，實際相對于要求輸出能夠允許的最大視在功率。6到13屬于有功功率的限制。因此程序?qū)⒎譃閮蓚€函數(shù)進行處理，suMaxOutputCurrCal()函數(shù)，處理1到4的情況，輸出系統(tǒng)能夠允許輸出的最大電流，所有的電流不能超過這個限值。函數(shù)suCalIdLimit()計算最終用于矢量控制進行限幅的最大電流，其上升與下降的速率受降額步長wEepromPDeratingStep這個參數(shù)影響。3.1輸出總電流限幅上面描述了引起降額的所有條件，及計算總電流限幅的函數(shù)suMaxOutputCurrCal()。該函數(shù)采樣標幺化處理，實際函數(shù)的返回值為對額定電流標幺成Q14的結(jié)果。圖2suMaxOutputCurrCal()函數(shù)的處理流程上圖為該函數(shù)的簡要處理流程，下面介紹其主要的工作流程：1，本程序中設定的額定為：額定功率為500kVA，額定電壓為270V，額定電流為1070A。如果允許過載，其標幺值為18022，實際對應的電壓應為18022*1070/16384=1176A。2，如果設定為315V系統(tǒng)，且不允許過載，則其最大電流為270/315*1070，其標幺值的結(jié)果為14043。如果允許過載，其標幺值結(jié)果為15447；3，散熱器溫度，電感溫度以及環(huán)境溫度引起的降額都是在上面輸出的電流上進行減少的；4，輸入過壓降額，是因為在高壓開機時，要保證整個IGBT的應力不超，因此必須保證其在某個電壓點，其輸出功率被限制在一定的范圍內(nèi)；5，I2t實際僅會在270V系統(tǒng)中起作用，因為315V系統(tǒng)的電流不會超過1.05倍的額定電流；6，最后為了防止出現(xiàn)硬切換，對其輸出進行了低通濾波；7，本程序輸出的最大電流對SVG功能也有效，因此，其結(jié)果也會傳遞給SVG的Q設定函數(shù)，進行無功限幅3.2有功功率限幅在3.1節(jié)中已經(jīng)限制了最大輸出電流。上述列舉的6到13的情況，將全部在suCalIdLimit()函數(shù)中實現(xiàn)。這個函數(shù)最終輸出得是實際的電流內(nèi)環(huán)限幅值，其值一定不能超過3.1節(jié)中的電流限制。suCalIdLimit()函數(shù)的簡要流程如圖3所示。下面簡單介紹如下：1，實際的調(diào)度在此函數(shù)中進行。在功率軟起過程中，如果軟起功率達到或超過調(diào)度的值，則自動退出軟起功能，進行降額。2，軟關(guān)機功能的優(yōu)先級最高，一旦確認了軟關(guān)機指令，則功率從當前功率以wEepromStopPowerStep參數(shù)指定的關(guān)機補償進行關(guān)機，當有功電流小于一定的值后，切回PowerOnMode；3，過頻率降額僅在BDEW標準下才會起作用，其是在當前的功率基礎(chǔ)上進行降額的；4，輸入過電流降額，也是在當前功率基礎(chǔ)上進行降額的，輸出電流減少到PV電流不超限為止；5，降額的速率受wEepromPDeratingStep參數(shù)影響；6，在執(zhí)行降額時，如果降額的目標比當前功率小，則從當前功率往下降。如果比當前功率大，則不管；7，由于輸出總電流限幅值在此函數(shù)中進行，而LVRT發(fā)生時，在矢量控制中也有電流限幅，且其優(yōu)先級高于suCalIdLimit()函數(shù)的優(yōu)先級，因此在退出LVRT模式時，為了保證有功功率上升滿足10%額定每秒的速率，其要做一定的特殊處理，否則上升速度則不能滿足條件。8，原來通過Mppt降額的方式徹底取消，因此Mppt函數(shù)需要去除降額部分。降額的標準也在suCalIdLimit()函數(shù)中進行清除和置位，用于LCD上進行顯示。圖3suCalIdLimit()函數(shù)的處理流程3.2.1輸入過電流降額的實現(xiàn)suCalIdLimit()函數(shù)中的輸入過電流降額，主要用于在PV低壓時，為了防止DCBreaker的降額不夠而加入的，其具體的實現(xiàn)流程如下：圖4PV過流降額函數(shù)的處理流程1，在未觸發(fā)降額時，程序?qū)崟r保存當前的tInvCurrDqoRef.d，為后續(xù)的降額作準備；2，在過電流發(fā)生時，置位PV過電流標志，同時，降最大限流從當前的tInvCurrDqoRef.d開始按固定步長減少；3，如果電流不超限，且其小于一定的值時，則退出PV過流降額。程序中的回差較小，但是這并不影響降額時的功率的穩(wěn)定性和精度。實際可以不設回差，因此即使退出PV過流降額，其功率的上升速率也受wEepromPDeratingStep參數(shù)影響，因此不會出現(xiàn)功率波動。實測的功率的穩(wěn)態(tài)精度在1kW以內(nèi)。3.2.2過頻率降額在BDEW標準中要求進行過頻率降額，其曲線如下：圖5過頻降額曲線根據(jù)上面的曲線，程序中設定了wEepromPDeratingF1，wEepromPDeratingF2OrRatio，wEepromFreOVPDeratingEn等3個參數(shù)，分別表示降額開始的頻率點，降額的結(jié)束頻率或者斜率，和過頻降額使能。其具體的實現(xiàn)流程如下：圖6過頻降額簡要流程說明如下：1，本地的過頻降額，及遠程的過頻降額，都是通過這個函數(shù)實現(xiàn)；2，降額是在當前功率的基礎(chǔ)上往下降，因此有保留當前功率的變量；3，降額的速率受wEepromPDeratingStep參數(shù)影響；4，在降額退出時，要求功率由軟起功能，是在suCalIdLimit()函數(shù)中實現(xiàn)的，其具體的上升速率也受wEepromPDeratingStep參數(shù)影響。3.2.3軟關(guān)機功能本程序增加軟關(guān)機功能，也就是在使能該功能后，在發(fā)生人為操作的關(guān)機事件時，實現(xiàn)輸出功率逐漸降低，直到逆變器輸出電流足夠小而關(guān)機。軟關(guān)機條件判斷流程：圖7軟關(guān)機條件判斷簡要流程一旦fSoftStopEn標志置位，就進入軟關(guān)機的處理：圖8軟關(guān)機簡要流程1，軟關(guān)機時，電流也是從當前有功電流往下降；2，軟關(guān)機的步長由wEepromStopPowerStep參數(shù)決定；3，軟關(guān)機僅在人為干預的關(guān)機時才有效。對于由于故障引起的關(guān)機，其無效；4，對于正常因為功率減少引起的關(guān)機，軟關(guān)機也無效。3.2.4開機功率軟起開機功率軟起功能，是指在逆變器開機時，逆變器的功率增加的速率要可調(diào)，不允許出現(xiàn)功率過沖等現(xiàn)象，防止對電網(wǎng)造成沖擊。其流程圖如下，簡單說明如下：1，開機軟起的步長受wEepromSoftPowerStep參數(shù)控制，要求在逆變器軟起到PV曲線波峰處退出軟起到正常運行；2，開機軟起時如果發(fā)現(xiàn)軟起的電流超過其它的電流限制，將自動退出軟起去執(zhí)行降額功能；3，軟起時，如果BUS電壓低于最小Mppt電壓，或者低于程序預測的最大功率點電壓也將退出軟起；4，當軟起過波峰后，降出現(xiàn)輸出有功電流小于電流限幅值，此時也退出軟起功能；5，程序中在軟起時BUS電壓的參考值不會突變，這樣可以防止軟起過波峰后，出現(xiàn)BUS電壓的急劇降低的現(xiàn)象。圖9功率軟起簡要流程4，電力調(diào)度功能設計有功調(diào)度功能已經(jīng)在上一章中講到，都是通過函數(shù)suCalIdLimit()實現(xiàn)的。本章著重介紹電力調(diào)度中的無功調(diào)度，以及調(diào)度指令的產(chǎn)生。本程序調(diào)度功能通過sfPowerComdCal()，suCalIqRef()兩個函數(shù)實現(xiàn)。sfPowerComdCal()函數(shù)主要產(chǎn)生調(diào)度指令，suCalIqRef()處理關(guān)于無功功率的調(diào)度指令，而有功的調(diào)度通過suCalIdLimit()函數(shù)實現(xiàn)。4.1調(diào)度指令的產(chǎn)生本程序的調(diào)度分為遠程調(diào)度和本地調(diào)度兩大類，這兩種調(diào)度包含的內(nèi)容基本一致，包括：有功功率控制，無功調(diào)度模式選擇，PF設置，Q設置，PF(P)曲線，Q(U)曲線。遠程調(diào)度還包括遠程調(diào)度使能選項。當遠程調(diào)度不使能時，默認按本地調(diào)度執(zhí)行。下面分別給出這兩個函數(shù)的流程圖。圖10sfPowerComdCal函數(shù)簡要流程1，遠程調(diào)度要使能，必須從遠程發(fā)來wRemotePwCtrSel為1，否則即使改遠程調(diào)度中的各個參數(shù)，最終程序也不會響應；2，面向用戶的無功調(diào)度有4中方式，包括PF，Q的設定以及PF(P)，Q(U)的曲線。但在程序內(nèi)部僅有兩種方式，即PF方式和Q方式；3，對于PF(P)，Q(U)的曲線的方式，部分參數(shù)可能在某些標準中不存在，用戶可以將其值設到合適的范圍內(nèi)，以防止誤觸發(fā)；4，本程序的輸出值都被定標為Q12，傳遞給suCalIqRef()和suCalIdLimit()函數(shù)；5，遠程調(diào)度的數(shù)據(jù)在掉電后會丟失，如果用戶需要退出遠程模式，可以通過更改wRemotePwCtrSel位實現(xiàn)，在此位為0時，程序?qū)凑誆eprom中的值執(zhí)行；6，Eerpom中存的值稱為本地調(diào)度，程序在默認狀態(tài)下執(zhí)行本地調(diào)度；7，無功模式還包括“無”選項，該選項為出廠默認值，其執(zhí)行的目標是PF為1。4.2調(diào)度的執(zhí)行4.2.1調(diào)度的開環(huán)部分sfPowerComdCal函數(shù)在產(chǎn)生Q12的調(diào)度指令后，將無功調(diào)度的內(nèi)部模式以及當前的調(diào)度指令傳遞給suCalIqRef()函數(shù)，實際執(zhí)行的函數(shù)為suCalIqRef()，其簡要的流程如下：圖11suCalIqRef函數(shù)簡要流程1，這里的調(diào)節(jié)為開環(huán)調(diào)節(jié)，當其指令達到目標值后，才使能閉環(huán)調(diào)節(jié)；2，無功的條件速率受wEepromQPFActTimer參數(shù)影響，最少的響應時間在1s作用；3，由于無功的影響速度可能很快，因此如果在有功滿載時進行無功調(diào)節(jié)，可能使得總的輸出電流嚴重變大。因此，程序設計當降額完成后才能進行無功調(diào)度；4，對DSP程序而言，調(diào)度方式僅PF和Q設定兩種方式，這兩種方式都可以進行閉環(huán)調(diào)節(jié)。4.2.2調(diào)度的閉環(huán)部分為了滿足調(diào)度的精度和速度要求，程序中還設計了閉環(huán)調(diào)節(jié)部分。在開環(huán)調(diào)節(jié)完成后，才能進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，為了滿足調(diào)節(jié)速度，閉環(huán)的調(diào)節(jié)過程非?？?，大概在一拍左右就可以調(diào)節(jié)到位。包括SVG功能的無功功率也經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)以保證精度。閉環(huán)調(diào)節(jié)函數(shù)sAdjustPF的簡要流程如下：圖12sAdjustPF函數(shù)簡要流程1，程序中在逆變使能時加入2s延時，是因為開始運行的初期，無功計算尚未穩(wěn)定，加入延時后待計算穩(wěn)定才投入閉環(huán)；2，當PF模式時，如果有功非常小，將導致PF計算偏差較大，容易引起不穩(wěn)定，加入小功率屏蔽可以避免這個問題。3，在LVRT時，程序?qū)⒆⑷牒艽蟮臒o功，此時可能與給定不符，因此要在LVRT發(fā)生時屏蔽閉環(huán)功能。5，SVG功能500kWGen2加入了夜間的SVG功能，用于在夜間時對電網(wǎng)進行無功補償。硬件上加入了從電網(wǎng)給BUS充電的回路，防止在夜間BUS電壓不足導致無法開機。整個SVG功能由以下兩個參數(shù)控制wEepromSVGEnable和wEepromSVGQPer；前者用于使能和禁止該功能，后者用于指定無功的比例。SVG功能由兩個函數(shù)實現(xiàn)，sfSVGAndSysSleepChk()函數(shù)用于判斷是否進入SVG功能，并給出SVG的運行模式，sfSVGRunMode()函數(shù)根據(jù)SVG的運行模式進行相應的操作。運行的模式有4中，分別為“0”表示當前SVG未使能，“1”表示當前SVG未BUS充電模式，“2”表示當前SVG為正式運行模式，“3”表示當前SVG為關(guān)機運行模式。5.1SVG運行模式判斷sfSVGAndSysSleepChk()函數(shù)用于運行模式判斷，其簡要流程如下：圖12sfSVGAndSysSleepChk函數(shù)簡要流程1，如果在系統(tǒng)未關(guān)機之前就接受到SVG使能命令，則程序在InvRunMode時判斷到達到關(guān)機條件后直接切換到SVG運行模式，不進行充電操作；2，如果逆變器是在待機模式下使能SVG功能，程序判斷當前BUS電壓小于一定值并持續(xù)60s后，閉合SVGRelay給BUS充電，如果超過5min逆變器未能開機，則提示用戶，可能充電回路不存在；3，系統(tǒng)運行于SVG模式時，如果發(fā)現(xiàn)當前的直流功率大于一定值，則開始運行SVG關(guān)機模式，當無功降到0時，系統(tǒng)切入PowerOnMode，準備重新開機；4，如果在運行模式時，發(fā)現(xiàn)SVG不使能了，則直接關(guān)機；5，其他模式下，在由使能變?yōu)椴皇鼓軙r，且首先進行重啟初始化，然后切入PowerOnMode。5.2SVG運行模式的執(zhí)行sfSVGRunMode()函數(shù)，根據(jù)SVG的運行模式進行無功的輸出，其具體的實現(xiàn)流程如下：圖13sfSVGRunMode函數(shù)簡要流程SVG的無功功率也是需要降額的，其降額受suMaxOutputCurrCal()函數(shù)影響；如果當前直流