一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，主要包括：以交直流混合微电网MMC互联变换器交流侧角度出发，得到电压方程；建立MMC互联变换器功率输出方程；建立MMC互联变换器功率调节关系式；得到基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程和虚拟同步机无功励磁控制方程；对MMC互联变换器功率输出化简方程中的有功功率求一阶、二阶导数；得到虚拟同步机参考输出功率表达式；虚拟同步机参考输出功率表达式建立小信号模型并进行拉氏变换，计算其特征根；得到系统自然震荡转速和阻尼比设计自适应虚拟惯量和自适应虚拟阻尼系数，带入基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程中，起到抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的作用。虚拟同步机功率震荡的作用。虚拟同步机功率震荡的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法


[0001]本专利技术涉及一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，该方法一种抑制混合微电网MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，采用自适应虚拟参数代替传统虚拟参数，增加控制系统对的功率震荡的抑制能力。

技术介绍

[0002]交直流混合微电网中MMC互联变换器接口变换器通常采用下垂控制，常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节，无法维持分布式电源高渗透率，虚拟同步机(Virtual Synchronous Generation,VSG)控制通过模仿同步发电机特性能够为系统提供惯性和阻尼支撑，实现一次调频和一次调压。虚拟同步机暂态变换过程中缓冲能量变化量采用虚拟转动惯量J变化表征，各种摩擦阻力采用虚拟阻尼系数D变化量表征。
[0003]但常规虚拟转动惯量J为定值，J选值过小，系统响应时间可以减少但无法对功率震荡起到抑制作用；J选值过大，系统可以对功率波动起到抑制作用但增加了响应时间。同理，虚拟阻尼系数D选取也会影响功率震荡抑制性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，具体应用自适应虚拟惯量和自适应阻尼系数来抑制混合微电网MMC互联变换器虚拟同步机功率调节过程中的功率震荡问题，通过小信号模型分析额定虚拟参数取值范围。
[0005]本专利技术采取如下技术方案来实现的：
[0006]一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，包括以下步骤：
[0007]1)以交直流混合微电网MMC互联变换器交流侧角度出发，得到电压方程；
[0008]3)根据步骤1)MMC互联变换器交流侧电压方程，建立MMC互联变换器功率输出方程，并进行化简；
[0009]3)根据交直流混合微电网MMC互联变换器控制系统中，交流微电网、直流微电网瞬时有功功率变化量相同，建立MMC互联变换器功率调节关系式；
[0010]4)将步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式中交流微电网有功出力分解为稳态功率变化量、瞬时功率变化量，直流微电网下垂控制模型有功出力调节量分解为稳态功率变化量、动态功率变化量；
[0011]5)根据步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式和步骤4)交流微电网、直流微电网有功出力分解式得到基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程和虚拟同步机无功励磁控制方程；
[0012]6)根据发生功率震荡时，角频率变化情况，将步骤5)虚拟同步机控制机械方程中的虚拟惯量和虚拟阻尼修改为自适应虚拟惯量和自适应虚拟阻尼系数；
[0013]7)对步骤2)MMC互联变换器功率输出化简方程中的有功功率求一阶、二阶导数；
[0014]8)将步骤7)中MMC互联变换器功输出有功功率一阶、二阶导数和步骤4)交流微电
网有功出力分解表达式带入步骤5)基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程中，得到虚拟同步机参考输出功率表达式；
[0015]9)对步骤8)中虚拟同步机参考输出功率表达式建立小信号模型并进行拉氏变换，计算其特征根；
[0016]10)分析步骤9)虚拟同步机参考输出功率小信号模型和其特征根，得到系统自然震荡转速和阻尼比；
[0017]11)参考同步发电机振荡频率，得到额定虚拟惯量取值范围，在考虑阻尼系数的基础上，利用最优二阶系统分析法，考虑阻尼系数的基础上，设置步骤10)阻尼比和额定阻尼系数；
[0018]12)根据步骤11)额定虚拟惯量取值范围和阻尼比和额定阻尼系数，设计步骤6)自适应虚拟惯量和自适应虚拟阻尼系数，带入步骤5)基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程中，起到抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的作用。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)以交直流混合微电网MMC互联变换器交流侧角度出发，得到电压方程，
[0020]其中：为交流电网电压e0对应的矢量；为MMC互联变换器交流侧电压U
ac
对应的矢量；为交流电网电流i0对应的矢量。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据步骤1)MMC互联变换器交流侧电压方程，建立MMC互联变换器功率传输方程：
[0022]其中：R
f
、X
f
为滤波电路电阻值及感抗；δ为交流电网电压矢量与MMC互联变换器交流侧电压矢量之间的相角差；交流电网电压e0类比于同步电机电枢电动势；MMC互联变换器交流侧电压U
ac
类比于同步电机端电压；在交直流混合微电网MMC互联变换器控制系统中，通过控制δ正负，实现功率双向流动，当δ＞0，超前MMC互联变换器运行于逆变模式，功率由直流微电网向交流微电网传输；当δ＜0，滞后MMC互联变换器运行于整流模式，功率由交流微电网向直流微电网传输；当δ＝0，与同相位，交流微电网、直流微电网之间无功率交换；MMC互联变换器，满足R
f
＜＜X
f
，对MMC互联变换器功率传输方程进行化简：交流电网电压矢量与MMC互联变换器交流侧电压矢量之间的相角差δ很小，则有：有功功率表示为：
[0023]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据交直流混合微电网MMC
互联变换器控制系统中，交流微电网、直流微电网瞬时有功功率变化量相同，建立MMC互联变换器功率调节关系式：P
acref-P
ac
＝P
dc-P
dcref
＝ΔP；
[0024]其中：P
ac
为交流微电网输出功率实际值；P
acef
为交流微电网输出功率实际值；P
dc
为直流微电网输出功率实际值；P
dcref
为直流微电网输出功率实际值；ΔP为MMC互联变换器功率调节量。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：将步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式中交流微电网有功出力分解为稳态功率变化量、瞬时功率变化量：
[0026]其中：k
ω
为交流电网下垂调节系数；k
ω
(ω-ω0)是稳态有功变化量；为虚拟转子惯量吸收或者发出的瞬时有功功率，在虚拟同步机控制中为交流频率提供惯性环节；直流微电网下垂控制模型有功出力调节量分解为稳态功率变化量、动态功率变化量：
[0027]其中：k
udc
为直流电网下垂调节系数；U
dc
为直流母线电压实际值；U
dc0
为直流母线电压初始值；C
dc
为直流侧电容值；k
udc
(U
dc-U
dc0
)是稳态有功变化量，是直流电容的充放电功率，属于动态功率波动。
[0028]本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：根据步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式和步骤4)交流微电网、直流微电网有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以交直流混合微电网MMC互联变换器交流侧角度出发，得到电压方程；3)根据步骤1)MMC互联变换器交流侧电压方程，建立MMC互联变换器功率输出方程，并进行化简；3)根据交直流混合微电网MMC互联变换器控制系统中，交流微电网、直流微电网瞬时有功功率变化量相同，建立MMC互联变换器功率调节关系式；4)将步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式中交流微电网有功出力分解为稳态功率变化量、瞬时功率变化量，直流微电网下垂控制模型有功出力调节量分解为稳态功率变化量、动态功率变化量；5)根据步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式和步骤4)交流微电网、直流微电网有功出力分解式得到基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程和虚拟同步机无功励磁控制方程；6)根据发生功率震荡时，角频率变化情况，将步骤5)虚拟同步机控制机械方程中的虚拟惯量和虚拟阻尼修改为自适应虚拟惯量和自适应虚拟阻尼系数；7)对步骤2)MMC互联变换器功率输出化简方程中的有功功率求一阶、二阶导数；8)将步骤7)中MMC互联变换器功输出有功功率一阶、二阶导数和步骤4)交流微电网有功出力分解表达式带入步骤5)基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程中，得到虚拟同步机参考输出功率表达式；9)对步骤8)中虚拟同步机参考输出功率表达式建立小信号模型并进行拉氏变换，计算其特征根；10)分析步骤9)虚拟同步机参考输出功率小信号模型和其特征根，得到系统自然震荡转速和阻尼比；11)参考同步发电机振荡频率，得到额定虚拟惯量取值范围，在考虑阻尼系数的基础上，利用最优二阶系统分析法，考虑阻尼系数的基础上，设置步骤10)阻尼比和额定阻尼系数；12)根据步骤11)额定虚拟惯量取值范围和阻尼比和额定阻尼系数，设计步骤6)自适应虚拟惯量和自适应虚拟阻尼系数，带入步骤5)基于功率传输原则的虚拟同步机控制机械方程中，起到抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的作用。2.根据权利要求1所述的一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，其特征在于，步骤1)以交直流混合微电网MMC互联变换器交流侧角度出发，得到电压方程，其中：为交流电网电压e0对应的矢量；为MMC互联变换器交流侧电压U
ac
对应的矢量；为交流电网电流i0对应的矢量。3.根据权利要求2所述的一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：根据步骤1)MMC互联变换器交流侧电压方程，建立MMC互联
变换器功率传输方程：其中：R
f
、X
f
为滤波电路电阻值及感抗；δ为交流电网电压矢量与MMC互联变换器交流侧电压矢量之间的相角差；交流电网电压e0类比于同步电机电枢电动势；MMC互联变换器交流侧电压U
ac
类比于同步电机端电压；在交直流混合微电网MMC互联变换器控制系统中，通过控制δ正负，实现功率双向流动，当δ＞0，超前MMC互联变换器运行于逆变模式，功率由直流微电网向交流微电网传输；当δ＜0，滞后MMC互联变换器运行于整流模式，功率由交流微电网向直流微电网传输；当δ＝0，与同相位，交流微电网、直流微电网之间无功率交换；MMC互联变换器，满足R
f
＜＜X
f
，对MMC互联变换器功率传输方程进行化简：交流电网电压矢量与MMC互联变换器交流侧电压矢量之间的相角差δ很小，则有：有功功率表示为：4.根据权利要求3所述的一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：根据交直流混合微电网MMC互联变换器控制系统中，交流微电网、直流微电网瞬时有功功率变化量相同，建立MMC互联变换器功率调节关系式：P
acref-P
ac
＝P
dc-P
dcref
＝ΔP；其中：P
ac
为交流微电网输出功率实际值；P
acef
为交流微电网输出功率实际值；P
dc
为直流微电网输出功率实际值；P
dcref
为直流微电网输出功率实际值；ΔP为MMC互联变换器功率调节量。5.根据权利要求4所述的一种抑制MMC互联变换器虚拟同步机功率震荡的方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：将步骤3)MMC互联变换器功率调节关系式中交流微电网有功出力分解为稳态功率变化量、瞬时功率变化量：其中：k

【专利技术属性】
技术研发人员：冯仰敏，杨沛豪，赵勇，李立勋，张恩享，王燕，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：