一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，步骤包括：步骤1，确定原并网控制策略，针对三种并网控制策略分别给出控制系统的表达式；步骤2，计算直流侧电压反馈量；步骤3，将直流侧电压反馈量通过加权后加入角速度控制系统，或者对直流侧电压反馈量求微分后加权加入角加速度控制系统。本发明专利技术的方法，在保证并网同步特性的同时，解决了在大负载扰动的情况下直流侧电压崩溃问题；与不考虑直流侧电压的并网控制器方法相比，本发明专利技术方法改善了电网频率控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法
本专利技术属于并网控制
，涉及一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法。
技术介绍
再生能源发电技术为解决传统能源日益枯竭与能源需求持续增长的矛盾提供了条件。从以化石燃料为基础的火力发电到利用功率变换器并网的可再生能源发电的过渡导致同步电机(SMs,SynchronousMachines)的惯性和电网电压频率稳定控制机制逐渐削弱。为了解决这一问题，并网变换器(GFCs,Grid-FormingConverters)技术被认为是未来电力系统的基石。根据同步电机的特性和功能，并网变换器必须支持负载共享/下垂特性、黑启动、惯性响应和分级频率/电压调节功能。这些功能可使SMs和GFCs在相互作用中确保电力系统的稳定性。近年来提出的并网变换器控制策略包括如下几种：下垂控制(Droopcontrol)模仿了同步发电机中存在的频率下垂调节机制，是一个被广泛接受并应用的并网控制方案。为了进一步模拟SM的外特性，提出了虚拟同步机(VSG,VirtualSynchronousGenerator)控制策略，使并网变换器具有同步机外特性。虚拟振荡器控制(VOC,VirtualOscillatorControl)模拟Liénard型振荡器的同步行为，VOC有利于实现基于变换器并网的新能源电力系统全局同步，但是需要确定额定功率给定。可调度虚拟振荡器控制(dVOC,dispatchableVirtualOscillatorControl)可确保同步的同时，计算并控制交流功率到达预先计算的工作点，从而克服了VOC的局限。然而现有并网变换器控制方法主要针对交流侧状态量进行反馈控制，不关注直流侧工作状态，这样可能导致在系统出现较大负载扰动的情况下，直流侧电流过限引起直流侧电压崩溃问题，进而造成电力系统其他状态，如功率，电压，频率等不稳定。现有文献提出交流电压控制和交流电流限幅并网变换器，但无法解决直流电流限幅引起的直流电压崩溃问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，解决了现有技术下在系统出现较大负载扰动的情况下，直流电流限幅可能引起直流电压崩溃的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，按照以下步骤实施：步骤1，确定原并网控制策略，针对三种并网控制策略分别给出控制系统的表达式；步骤2，计算直流侧电压反馈量；步骤3，将直流侧电压反馈量通过加权后加入角速度控制系统，或者对直流侧电压反馈量求微分后加权加入角加速度控制系统。本专利技术的有益效果是，在并网变换控制器中加入直流侧电压反馈控制，可以保证直流侧电流电压均控制在稳定范围内，其他状态也能在较短时间内回到设定值，解决了直流电压崩溃问题，提升了系统稳定性。本专利技术考虑电网稳定性的新型并网变换器控制策略，包括下垂控制、虚拟同步机控制和可调度虚拟振荡器控制，在大负载扰动时可能出现的直流侧电压崩溃问题，提出了基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，在保证并网同步特性的同时，解决了在大负载扰动的情况下直流侧电压崩溃问题。与不考虑直流侧电压的并网控制器方法相比，本专利技术方法改善了电网频率控制效果。附图说明图1为本专利技术针对的并网变换器模型简图；图2为测试本专利技术的IEEE-9节点系统非线性仿真模型简图；图3为增加直流电压反馈控制后的VSG控制器的模型简图；图4为增加直流电压反馈后的下垂控制器的模型简图；图5为增加直流电压反馈后的dVOC控制器的模型简图；图6a是传统虚拟同步机(VSG)控制策略下，在1s时加入小负载扰动，直流电流变化曲线，图6b是同样条件下的电压变化曲线；图7a是大负载扰动引起的直流电流变化曲线，图7b是同样条件下的电压变化曲线；图8a为大负载扰动下交流侧频率变化曲线，图8b是同样条件下的有功功率变化曲线；图9为带有交流电流限幅的双闭环控制框图；图10a为带有交流电流限幅控制的直流电流曲线，图10b是同样条件下的电压曲线；图11a为加入直流侧电压反馈的下垂控制的直流电流曲线，图11b是同样条件下的电压曲线；图12a为对应图11a实验条件下的交流侧频率，图12b为同样条件下的有功功率，图12c为同样条件下的输出电压幅值；图13a为加入直流侧电压反馈的VSG控制的直流电流，图13b是同样条件下的电压曲线；图14a为对应图13a实验条件下的交流侧频率，图14b为同样条件下的有功功率，图14c为同样条件下的输出电压幅值；图15a为加入直流侧电压反馈的dVOC控制的直流电流，图15b为同样条件下的电压曲线；图16a为对应图15a实验条件下的交流侧频率，图16b为同样条件下的有功功率，图16c为同样条件下的输出电压幅值；图17a为IEEE-9节点交流侧频率，图17b是同样条件下的有功功率，图17c是同样条件下的输出电压幅值。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参照图1，是本专利技术控制对象的并网变换控制器模型，本专利技术提出在并网变换控制器中加入直流侧电压反馈控制，能够保证直流侧电流电压均控制在稳定范围内，其他状态也能在较短时间内回到设定值，解决了直流电压崩溃问题，提升了系统稳定性。参照图2，是评价本专利技术有效性的IEEE-9节点系统非线性仿真模型。参照以下三个实施例对象(VSG控制器，下垂控制器，dVOC控制器)的设计过程，本专利技术的基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，按照以下步骤实施：步骤1，确定原并网控制策略，针对三种并网控制策略分别给出控制系统的表达式：方式1，对于VSG控制器：方式2，对于下垂控制器：方式3，对于dVOC控制器：其中，ω为电网频率，ω*为额定频率，J为虚拟转动惯量；θ为相角，p为有功功率，p*为有功功率设定值，Dp为阻尼系数，dω为下垂增益；其中q为无功功率，q*为无功功率设定值，η、μ为控制增益，vi为控制器输出，vi*为控制器输出的期望幅值，vi2表示控制器输出的平方，vi*2表示期望输出幅值的平方；||·||表示取模操作。步骤2，计算直流侧电压反馈量其中vdc为直流侧电压测量值，为直流侧电压设定值；步骤3，将直流侧电压反馈量通过加权后加入角速度控制系统，或者对直流侧电压反馈量求微分后加权加入角加速度控制系统，加权系数为1-α，α为控制权重，针对步骤1所述的三种控制方式，反馈增加后的表达式是：方式1，增加直流电压反馈的VSG控制：此种情况反馈量的微分加权后加入角加速度控制系统，增加反馈后VSG系统控制框图见图3，图中表示积分操作，图4和图5中相关符号含义与图3中的对应一致。方式2，增加直流电压反馈的下垂控制：增加反馈后下垂控制框图见图4。方式3，增加直流电压反馈的dVO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，其特征在于：按照以下步骤实施：/n步骤1，确定原并网控制策略，针对三种并网控制策略分别给出控制系统的表达式；/n步骤2，计算直流侧电压反馈量；/n步骤3，将直流侧电压反馈量通过加权后加入角速度控制系统，或者对直流侧电压反馈量求微分后加权加入角加速度控制系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，其特征在于：按照以下步骤实施：
步骤1，确定原并网控制策略，针对三种并网控制策略分别给出控制系统的表达式；
步骤2，计算直流侧电压反馈量；
步骤3，将直流侧电压反馈量通过加权后加入角速度控制系统，或者对直流侧电压反馈量求微分后加权加入角加速度控制系统。


2.根据权利要求1所述的基于直流侧电压反馈的并网变换器控制方法，其特征在于：所述的步骤1中，具体过程是，
方式1，对于VSG控制器：



方式2，对于下垂控制器：



方式3，对于dVOC控制器：



其中，ω为电网频率，ω*为额定频率，J为虚拟转动惯量；θ为相角，p为有功功率，p*为有功功率设定值，Dp为阻尼系数，dω为下垂增益；其中q为无功功率，q*为无功功率设定值，η、μ为控制增益，vi为控制器输出，vi*为控制器输出的期望幅值，vi2表示控制器输出的平方，vi...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洁，高媛，任海鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61