用于使用功率同步控制来控制电压源变流器的方法和控制系统技术方案

本公开涉及一种使用功率同步控制来控制并网电压源变流器(VSC)的方法和控制系统，其中该方法包括：基于VSC相位角(θ)，确定VSC电流矢量(i)，该VSC相位角(θ)基于功率控制误差的积分而被确定；基于用于VSC的有功功率参考(Pref)，确定参考电流矢量(iref)的有功功率产生电流分量

A Method and Control System for Using Power Synchronization Control to Control Voltage Source Converter

The present disclosure relates to a method and control system for using power synchronous control to control grid-connected voltage source converter (VSC). The method includes: determining VSC current vector (i) based on VSC phase angle (theta), which is determined based on integration of power control error, and determining active power generation of reference current vector (iref) based on active power reference (Pref) for VSC. Current component

【技术实现步骤摘要】
用于使用功率同步控制来控制电压源变流器的方法和控制系统
本公开总体涉及电压源变流器控制。
技术介绍
最初专利技术功率同步控制(PSC)(也被称为同步机仿真控制或虚拟同步机)是用于控制HVDC光传输，其中该HVDC的两个终端均位于非常弱的AC网络中。在EP2319170中公开了PSC。该方法与虚拟同步机类似但不相同。PSC可以用于任何并网电压源变流器(VSC)，而不仅仅是HVDC。名称PSC是指该方法如何经由有功功率的控制而实现与电网的同步。因此，PSC没有利用锁相环(PLL)。PSC对于到短路比(SCR)低于2的弱电网的连接很有效。然而，PSC对于到强电网的连接给出了阻尼较差的闭环系统。在那种情况下，优选带有外环(包括PLL在内)的传统的矢量电流控制(VCC)方法。在已知SCR在宽范围(包括SCR<2在内)内变化的情形下，当前有两种选项。1.根据SCR，在线调谐PSC功率控制增益。2.以预先确定的SCR在PSC与VCC之间做出切换。这两种选项均不是期望的。优选的情形是具有对SCR而言是强健的控制系统。LIDONGZHANG等人在“Power-SynchronizationControlofGrid-ConnectedVoltage-SourceConverters”，IEEETRANSACTIONSONPOWERSYSTEMS，IEEESERVICECENTER，PISCATAWAY，NJ，US，NJ,US,vol.25,no.2,1May2010(2010-05-01),pages809-820,XP011297020,ISSN:0885-8950中，公开了基于VSC的功率同步控制。功率控制误差被转换至频率偏差，该频率偏差然后被积分到角度增量。输出信号提供角度以将电压参考从变流器dq坐标系变换到静止坐标系。ZHANGWEIYI等人在“Frequencysupportcharacteristicsofgrid-interactivepowerconvertersbasedonthesynchronouspowercontroller”，IETRENEWABLEPOWERGENERATION，THEINSTITUTIONOFENGINEERINGANDTECHNOLOGY，MICHAELFARADAYHOUSE，SIXHILLSWAY，STEVENAGE，HERTS.SG12AY，UK，vol.11,no.4,15March2017(2017-03-15),pages470-479,XP006061208,ISSN:1752-1416,DOI:10.1049/IET-RPG.2016.0557中，公开了一种用于电网交互式功率变流器的同步有功功率控制解决方案，作为针对惯性特性和负载分配对同步发电机进行仿真的方式。
技术实现思路
鉴于上文，本公开的目的是提供一种电压源变流器的控制方法，其解决或至少减轻了现有技术的问题。因此，根据本公开的第一方面，提供了一种使用功率同步控制来控制并网电压源变流器VSC的方法，其中该方法包括：基于VSC相位角，确定VSC电流矢量，该VSC相位角基于功率控制误差的积分而被确定；基于用于VSC的有功功率参考，确定参考电流矢量的有功功率产生电流分量基于有功功率产生电流分量，确定参考电流矢量；基于虚拟阻尼电阻、参考电流矢量和VSC电流矢量，确定阻尼分量；基于VSC电压幅度和阻尼分量，确定电压矢量；以及基于电压矢量来控制VSC。通过基于有功功率参考来确定有功功率产生电流分量可以为强电网提供强健的闭环系统。与传统的功率同步控制相比较的改进通过零极点相消而获得，该零极点相消将闭合有功功率控制环路动态从三阶系统降低到一阶系统。附加地，与传统的PSC相比较，针对弱电网的阻尼性能得以维持、甚至得以提高。至此，可以提供与SCR无关的强健控制。因此，该方法可以有利地用于弱电网和强电网。有功功率控制误差是从VSC输出的有功功率与有功功率参考之间的差。VSC电压幅度通常是预先确定的，并且可以被设置为恒定的。备选地，为此，VSC电压幅度可以使用特定控制回路而被设置为动态地改变。根据一个实施例，有功功率产生电流分量基于将其设置为与有功功率参考成比例而被确定。有功功率产生电流分量可以是dq坐标系中的参考电流矢量的实值电流分量。根据一个实施例，有功功率产生电流分量由下式确定：其中Pref是用于VSC的有功功率参考，κ是空间矢量缩放常数，以及V是VSC电压幅度。空间矢量缩放常数κ可以例如由下式确定：其中K是矢量缩放常数。因此，κ是修改后的矢量缩放常数。可以任意选择矢量缩放常数K，但是常见选择如下：对于峰值缩放而言，K＝1，而对于rms值缩放而言，一个实施例包括：使用VSC相位角将电压矢量变换至静止坐标系以获得变换后的电压矢量，其中控制牵涉到：使用变换后的电压矢量来控制VSC。静止坐标系可以是αβ坐标系。一个实施例包括：使用VSC电流矢量的虚部的低通滤波来确定参考电流矢量的无功功率产生电流分量，其中基于无功功率产生电流分量来进一步确定参考电流矢量。无功功率产生电流分量可以是dq坐标系中的参考电流矢量的虚值电流分量。根据一个实施例，通过基于参考电流矢量和VSC电流矢量来确定电流误差矢量、并且将虚拟阻尼电阻与电流误差矢量相乘，确定阻尼分量。可以通过从VSC电流矢量中减去参考电流矢量、或者从参考电流矢量中减去VSC电流矢量来确定电流误差矢量。根据一个实施例，通过使用VSC相位角变换由测量获得的静止VSC电流矢量，确定VSC电流矢量。根据本公开的第二方面，提供了一种计算机程序，其包括计算机代码，该计算机代码当由控制系统的处理电路执行时，使得控制系统执行根据第一方面的方法。根据本公开的第三方面，提供了一种使用功率同步控制来控制并网电压源变流器(VSC)的控制系统，其中该控制系统包括：存储介质，其包括计算机代码；以及处理电路，其中当计算机代码由处理电路执行时，控制系统被配置为：基于VSC相位角，确定VSC电流矢量，该VSC相位角基于功率控制误差的积分而被确定；基于用于VSC的有功功率参考，确定参考电流矢量的有功功率产生电流分量；基于有功功率产生电流分量，确定参考电流矢量；基于虚拟阻尼电阻、参考电流矢量和VSC电流矢量，确定阻尼分量；基于VSC电压幅度和阻尼分量，确定电压矢量；以及基于电压矢量来控制VSC。根据一个实施例，控制系统被配置为基于将其设置为与有功功率参考成比例来确定有功功率产生电流分量。根据一个实施例，实值电流分量由下式确定：其中Pref是用于VSC的有功功率参考，κ是空间矢量缩放常数，以及V是VSC电压幅度。根据一个实施例，处理电路被配置为使用VSC相位角将电压矢量变换至静止坐标系以获得变换后的电压矢量，其中控制系统被配置为使用变换后的电压矢量来控制VSC。根据一个实施例，控制系统被配置为使用VSC电流矢量的虚部的低通滤波来确定参考电流矢量的无功功率产生电流分量，其中基于无功功率产生电流分量来进一步确定参考电流矢量。根据一个实施例，通过基于参考电流矢量和VSC电流矢量来确定电流误差矢量、并且通过将虚拟阻尼电阻与电流误差矢量相乘，确定阻尼分量。通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语要根据它本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用功率同步控制来控制并网电压源变流器VSC(7)的方法，其中所述方法包括：基于VSC相位角(θ)，确定VSC电流矢量(i)，所述VSC相位角基于功率控制误差的积分而被确定；基于用于所述VSC(7)的有功功率参考(Pref)，确定参考电流矢量(iref)的有功功率产生电流分量

【技术特征摘要】
2017.11.17 EP 17202372.31.一种使用功率同步控制来控制并网电压源变流器VSC(7)的方法，其中所述方法包括：基于VSC相位角(θ)，确定VSC电流矢量(i)，所述VSC相位角基于功率控制误差的积分而被确定；基于用于所述VSC(7)的有功功率参考(Pref)，确定参考电流矢量(iref)的有功功率产生电流分量基于所述有功功率产生电流分量确定所述参考电流矢量(iref)；基于虚拟阻尼电阻(Ra)、所述参考电流矢量(iref)和所述VSC电流矢量(i)，确定阻尼分量；基于VSC电压幅度(V)和所述阻尼分量，确定电压矢量(v)；以及基于所述电压矢量(v)，控制所述VSC(7)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有功功率产生电流分量基于将其设置为与所述有功功率参考(Pref)成比例而被确定。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述有功功率产生电流分量由以下确定：其中Pref是用于所述VSC(7)的所述有功功率参考，κ是空间矢量缩放常数，以及V是所述VSC电压幅度(V)。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：使用所述VSC相位角(θ)，将所述电压矢量(v)变换至静止坐标系，以获得变换后的电压矢量(vs)，其中所述控制牵涉到：使用所述变换后的电压矢量(vs)来控制所述VSC(7)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：使用所述VSC电流矢量(i)的虚部的低通滤波，确定所述参考电流矢量(iref)的无功功率产生电流分量其中所述参考电流矢量(v)基于所述无功功率产生电流分量而被进一步确定。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述阻尼分量通过基于所述参考电流矢量(iref)和所述VSC电流矢量(i)来确定电流误差矢量、并且将所述虚拟阻尼电阻乘以所述电流误差矢量而被确定。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述VSC电流矢量(i)通过使用所述VSC相位角(θ)变换由测量获得的静止VSC电流矢量(is)而被确定。8.一种计算机程序，包括计算机代码，所述计算机代码当由控制系统(1)的处理电路(3)执行时，使得所述控制系统(1)执行根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·哈内弗斯，张利东，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH