一种虚拟同步控制方法及转子侧变频器控制器技术

本发明专利技术涉及一种虚拟同步控制方法及转子侧变频器控制器，所述方法包括：根据双馈风电机组的系统频率变化确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子；利用双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程对双馈风电机组的虚拟同步机转速进行修正；根据修正后的虚拟同步机转速对双馈风电机组进行虚拟同步控制；其中，所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程根据所述双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子确定；本发明专利技术提供的方法，针对因大规模双馈风电机组并网引起的并网系统惯性下降问题，能够提高双馈风电并网系统的抗扰能力及系统稳定性。

A Virtual Synchronization Control Method and Rotor Side Inverter Controller

The invention relates to a virtual synchronization control method and a rotor side frequency converter controller. The method includes: determining the virtual inertia response state constraint factor of doubly fed wind turbines according to the system frequency variation of doubly fed wind turbines; correcting the virtual synchronous speed of doubly fed wind turbines by using the modified equation of the virtual synchronous speed of doubly fed wind turbines; and correcting the virtual synchronous speed of doubly fed wind turbines according to the revised speed. The speed of virtual synchronous machine controls the virtual synchronization of doubly fed wind turbines, in which the correction equation of the speed of virtual synchronous machine of the doubly fed wind turbines is determined according to the virtual inertia response state constraint factor of the doubly fed wind turbines, and the method provided by the invention can improve the inertia decline of the grid-connected system caused by large-scale doubly fed wind turbines connected to the grid. Disturbance immunity and system stability of grid-connected power system.

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步控制方法及转子侧变频器控制器
本专利技术涉及新能源发电控制
，具体涉及一种虚拟同步控制方法及转子侧变频器控制器。
技术介绍
为了应对能源危机和环境压力，风能、太阳能等可再生能源受到广泛关注。风电由于开发利用技术成熟，近些年得到快速的发展，尤其是双馈风电机组因为能够大幅提高风能转换效率，减小机组承受机械应力，实现机械部分与电气部分解耦，而且还能实现有功功率和无功功率解耦控制，提高并网系统调节能力及稳定性，成为目前商业化运行的主力机型之一。但是，由于双馈风电机组普遍采用了电力电子逆变器的控制技术，相比传统同步发电机组，逆变器具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等的问题。围绕大规模双馈风电并网对系统惯性和阻尼等带来的负面影响，国内外学术界开展了大量研究工作。针对双馈风电场并网对电网惯性的影响及相应控制技术的研究取得了较大进展，主要是利用机组自身旋转动能参与系统调频，机组基于最大功率跟踪控制运行时，自身惯量并没有降低，可通过附加频率控制表现出其惯量作用。针对双馈风电场并网系统的振荡特性研究及提高风电并网系统阻尼特性的附加阻尼控制策略方面取得部分成果，国内外部分学者基于小干扰稳定性分析方法建立风电机组及系统的线性化状态方程，研究了大规模风电接入电力系统后的系统小干扰稳定及阻尼特性的影响，找出控制系统引起负面影响的原因和模块；多种提高风电并网系统阻尼特性的附加阻尼控制策略被提出，如类似于传统电力系统稳定器(PSS)的附加阻尼器、基于有功/无功附加控制的阻尼控制策略、含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略、模糊附加阻尼控制策略等。而虚拟同步控制技术更是通过模拟同步发电机组的机电暂态特性，使采用变流器的电源具有同步发电机组的惯量、阻尼、一次调频、无功调压等并网运行外特性，提供了一种更加有效的手段。但是，双馈风电机组的虚拟惯量和阻尼控制同时受电网扰动类型和机组运行工况两方面的影响，机组参与系统控制的动态过程十分复杂，目前双馈风电机组通过虚拟控制实现惯量相应和阻尼的研究主要集中在实现响应系统电气量变化上，缺乏对风电机组运行特性的考虑。
技术实现思路
本专利技术提供一种虚拟同步控制方法及转子侧变频器控制器，其目的是针对因大规模双馈风电机组并网引起的并网系统惯性下降问题，提供一种能够提高双馈风电并网系统的抗扰能力及系统稳定性的方法。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种双馈风电发电系统的虚拟同步控制方法，其改进之处在于，包括：根据双馈风电机组的系统频率变化确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子；利用双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程对双馈风电机组的虚拟同步机转速进行修正；根据修正后的虚拟同步机转速对双馈风电机组进行虚拟同步控制；其中，所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程根据所述双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子确定。优选的，所述根据双馈风电机组的系统频率变化确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，包括：按下式确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子：上式中，μ为双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，μ1为双馈风电机组的状态特性系数，Δω为双馈风电发电系统的系统频率变化值。进一步的，按下式确定所述双馈风电机组的状态特性系数μ1：上式中，ωr为双馈风电机组转子转速，ωmin为双馈风电机组转子转速下限约束，ωmax为双馈风电机组转子转速上限约束。优选的，按下式确定所述双馈风电机组的系统频率变化值Δω：Δω＝ωs-ωs_ref上式中，ωs为同步转速，ωs_ref为同步转速参考值。优选的，根据所述双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子确定双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程的具体过程包括：按下式确定所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程：上式中，ωvsg为双馈风电机组的虚拟同步机转速，μ为双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，Pref为双馈风电机组有功功率设定值，PE为双馈风电机组输出电磁功率，Kd为阻尼系数，ωs为同步转速，Hvsg为虚拟惯性时间常数。一种用于虚拟同步控制的转子侧变频器控制器，其改进之处在于，所述转子侧变频器控制器包括：MPT控制器、第一加法器、转速控制器、机组状态评估控制器、有功频率控制单元、无功频率控制单元和PLL控制器；所述MPT控制器、第一加法器、转速控制器、有功频率控制单元和PLL控制器依次连接，所述机组状态评估控制器与所述有功频率控制单元连接，所述有功频率控制单元和所述无功频率控制单元的输出信号经矢量变换控制和电流内环控制后输入至所述双馈风电发电系统的转子侧变频器，述机组状态评估控制器的传递函数为双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程。优选的，所述MPT控制器的输入信号为双馈风电机组输出电磁功率，所述MPT控制器的输出信号为双馈风电机组转子转速参考值ωref，所述第一加法器的输入信号包括+ωr和-ωref，其中，ωr为双馈风电机组转子转速。进一步的，所述有功频率控制单元包括：第二加法器、第一积分控制器、乘法器、第二积分控制器、第三加法器和第一比例控制器；所述转速控制器与所述第二加法器形成正反馈连接，所述第二加法器、第一积分控制器、乘法器和第二积分控制器依次连接，所述PLL控制器与所述第三加法器形成负反馈连接，所述第三加法器通过所述第一比例控制器与所述第二加法器形成负反馈连接，所述乘法器与所述第二积分控制器之间形成第一反馈点，所述第一反馈点与所述第三加法器形成正反馈连接，所述机组状态评估控制器与所述乘法器连接，所述第二积分控制器的输出信号为所述有功频率控制单元的输出信号。进一步的，所述第二加法器的输入信号还包括-PE，所述第一积分控制器的传递函数为所述第二积分控制器的传递函数为第一比例控制器的比例系数为Kd，其中，PE为双馈风电机组输出电磁功率，Hvsg为虚拟惯性时间常数，s为复变量，Kd为阻尼系数。进一步的，所述无功频率控制单元包括：第四加法器、第一PI控制器、第二PI控制器、第二比例控制器和第五加法器；所述第四加法器、第一PI控制器、第二PI控制器和第五加法器依次连接，所述第二比例控制器与所述第五加法器形成负反馈连接，所述第五加法器的输出信号为所述无功频率控制单元的输出信号；所述第二比例控制器的输入信号为Qout，所述第四加法器的输入信号包括-Qout和+Qref，所述第五加法器的输入信号包括Eset，所述第二比例控制器的比例系数为Dq，所述第一PI控制器的传递函数为第二PI控制器的传递函数为其中，Qout为机组输出无功功率，Qref为机组无功功率设定值，Eset为分布式逆变电源端电压参考值，Dq为无功功率的下垂系数，Kp1为第一比例积分系数，Ki1为第二比例积分系数，Ta为延迟环节的时间常数，s为复变量。优选的，按下式确定所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程：上式中，ωvsg为双馈风电机组的虚拟同步机转速，μ为双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，Pref为双馈风电机组有功功率设定值，PE为双馈风电机组输出电磁功率，Kd为阻尼系数，ωs为同步转速，Hvsg为虚拟惯性时间常数。进一步的，按下式确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子：上式中，μ为双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，μ1为双馈风电机组的状态特性系数，Δω为双馈风电发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据双馈风电机组的系统频率变化确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子；利用双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程对双馈风电机组的虚拟同步机转速进行修正；根据修正后的虚拟同步机转速对双馈风电机组进行虚拟同步控制；其中，所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程根据所述双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子确定。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据双馈风电机组的系统频率变化确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子；利用双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程对双馈风电机组的虚拟同步机转速进行修正；根据修正后的虚拟同步机转速对双馈风电机组进行虚拟同步控制；其中，所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程根据所述双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子确定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据双馈风电机组的系统频率变化确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，包括：按下式确定双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子：上式中，μ为双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，μ1为双馈风电机组的状态特性系数，Δω为双馈风电发电系统的系统频率变化值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按下式确定所述双馈风电机组的状态特性系数μ1：上式中，ωr为双馈风电机组转子转速，ωmin为双馈风电机组转子转速下限约束，ωmax为双馈风电机组转子转速上限约束。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定所述双馈风电机组的系统频率变化值Δω：Δω＝ωs-ωs_ref上式中，ωs为同步转速，ωs_ref为同步转速参考值。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子确定双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程的具体过程包括：按下式确定所述双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程：上式中，ωvsg为双馈风电机组的虚拟同步机转速，μ为双馈风电机组虚拟惯量响应状态约束因子，Pref为双馈风电机组有功功率设定值，PE为双馈风电机组输出电磁功率，Kd为阻尼系数，ωs为同步转速，Hvsg为虚拟惯性时间常数。6.一种用于虚拟同步控制的转子侧变频器控制器，其特征在于，所述转子侧变频器控制器包括：MPT控制器、第一加法器、转速控制器、机组状态评估控制器、有功频率控制单元、无功频率控制单元和PLL控制器；所述MPT控制器、第一加法器、转速控制器、有功频率控制单元和PLL控制器依次连接，所述机组状态评估控制器与所述有功频率控制单元连接，所述有功频率控制单元和所述无功频率控制单元的输出信号经矢量变换控制和电流内环控制后输入至所述双馈风电发电系统的转子侧变频器，述机组状态评估控制器的传递函数为双馈风电机组的虚拟同步机转速的修正方程。7.如权利要求6所述的用于虚拟同步控制的转子侧变频器控制器，其特征在于，所述MPT控制器的输入信号为双馈风电机组输出电磁功率，所述MPT控制器的输出信号为双馈风电机组转子转速参考值ωref，所述第一加法器的输入信号包括+ωr和-ωref，其中，ωr为双馈风电机组转子转速。8.如权利要求7所述的用于虚拟同步控制的转子侧变频器控制器，其特征在于，所述有功频率控制单元包括：第二加法器、第一积分控制器、乘法器、第二积分控制器、第三加法器和第一比...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新首，迟永宁，李琰，汤海雁，刘超，魏林君，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11