基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统及方法，包括风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统，风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统依次连接，通过构建自适应虚拟惯性时间常数，产生脉冲调制信号，并用于第一换流器的开通和关断，进而控制整个系统。本发明专利技术可在交流电力系统发生功率波动时，根据交流系统的频率动态特性，通过设计灵活的惯性时间常数能提供灵活的惯量响应，有效的抑制频率波动并减少系统恢复时间，从而提升电力系统的频率调节能力，增强电力系统稳定性。增强电力系统稳定性。增强电力系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统及方法


[0001]本专利技术属于智能电网控制
，尤其是基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统及方法。

技术介绍

[0002]为应对全球环境污染和和能源危机等问题，可再生能源得到大规模的利用和发展，在传统电力系统中的占比不断提高。柔性直流输电系统因其具有输送功率大，控制迅速灵活、无换向失败风险等优势，成为实现大规模可再生能源并网输送和满足电力系统异步互联的需要的关键手段之一。但是柔性直流输电系统的通常采用电力电子装置换流器并网，缺乏传统同步电机的惯量和阻尼特性。因此，随着柔性直流输电系统在电力系统中的广泛应用，电力系统的惯量整体水平不断降低，频率调节能力严重下降，电力系统的安全运营面临着巨大的挑战。
[0003]为解决系统惯量缺失的问题，目前的主要研究方案是采用虚拟同步机技术或惯量模拟控制方案，其关键是在换流器的控制回路中引入同步发电机的转子运动方程，从而使并网逆变器能够模拟传统同步电机的惯量特性。频率偏移和频率变化率是衡量系统频率稳定性的重要动态指标，然而上述控制方案通常采用固定的惯性时间常数，无法根据电力系统的频率动态指标灵活调整模拟的惯性时间常数，这会降低系统频率稳定性和增加故障恢复时间。另外，考虑到惯性功率通常与惯性时间常数有关，因此模拟固定的惯性时间常数难以实现惯性能量的灵活利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统及方法，能够在交流系统发生功率扰动时，根据交流系统的频率动态特性指标提供灵活的惯量响应，有效的抑制频率偏移并减少故障恢复时间，提升电力系统稳定性。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统，包括风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统，风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统依次连接，风电场区域电力系统包括风电场、第二变压器、电阻及电感，风电场连接第二变压器，第二变压器的另一端分别连电阻和接接地电容，电阻的另一端通过电感连接电压源型换流器柔性直流输电系统；电压源型换流器柔性直流输电系统包括第一换流器和第二换流器，第二换流器的交流侧与风电场区域电力系统相连，第一换流器的交流侧与同步发电机区域电力系统相连，第一换流器和第二换流器直流侧各自并联一电容器并且通过直流母线相互连接；同步发电机区域电力系统包括同步发电机、第一变压器、电阻及电感，同步发电机连接第一变压器，第一变压器的另一端分别连电阻和接接地电容，电阻的另一端通过电感连接电压源型换流器柔性
直流输电系统。
[0007]而且，所述第一换流器和第二换流器由双闭环控制器驱动。
[0008]而且，所述第一换流器控制系统包括PWM脉宽调制解调器、电流内环模块、第一PI控制器，第二PI控制器，电压限幅器，开方运算器，第一加法运算器，第二加法运算器、第三加法运算器、第四加法运算器、第一乘法运算器、第一坐标转换模块、第二坐标转换模块、增益模块、自适应惯性时间常数模块、频率动态信息计算模块、PLL锁相环模块，一阶离散微分模块和低通滤波器模块。
[0009]一种基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、根据电力系统实时频率计算并更新系统频率动态信息；
[0011]步骤2、根据频率动态信息，计算并更新自适应惯性时间常数H
vh
；
[0012]步骤3、根据自适应惯性时间常数H
vh
和电力系统频率，计算直流电压参考值V
dc*
；
[0013]步骤4、根据直流电压，计算电流内环电流参考值i
d*
和i
q*
；
[0014]步骤5、根据电流内环电流参考值i
d*
和i
q*
和实际测量值i
d
和i
q
，通过电流内环控制器，以及PWM调制环节，产生脉冲调制信号，控制第一换流器开关器件的开通和关断。
[0015]而且，所述步骤1包括以下步骤：
[0016]步骤1.1、通过第一换流器中的锁相环模块，测量PCC并网点三相交流电压v
abc
得到电力系统频率f；
[0017]步骤1.2、通过电力系统频率经一阶离散微分器模块和低通滤波器模块计算系统的频率变化率df/dt。
[0018]而且，所述步骤2包括以下步骤：
[0019]步骤2.1、设置包括额定惯性时间常数H0、系数a、系数b、电力系统额定频率f0、电力系统频率变化的最大值f
max
和电力系统频率变化的最小值f
min
的初始计算参数,并输入系统实际频率f，df/dt；
[0020]步骤2.2、计算自适应惯性时间常数H
vh
：
[0021][0022]而且，所述步骤3中直流电压电压参考值V
dc*
的计算方法为：
[0023][0024]其中，V
dc0
为超级电容的额定直流电压，S
vsc
为柔性直流输电系统的额定容量，N为柔性直流输电系统电容的数量，C为直流电容的电容大小，f为电力系统实际频率，f0为电力系统额定频率。
[0025]而且，所述步骤4包括以下步骤：
[0026]步骤4.1、根据直流电压电压参考值V
dc*
和实际直流电压测量值V
dc
的差值，通过第
一PI控制器得到d轴电流参考值i
d*
，
[0027]步骤4.2、根据提前设定的无功功率参考值Q
ac*
和实际直流电压测量值Q
ac
的差值，通过PI控制器得到q轴电流参考值i
q*
。
[0028]本专利技术的优点和积极效果是：
[0029]本专利技术包括风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统，风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统依次连接，通过构建自适应虚拟惯性时间常数，产生脉冲调制信号，并用于第一换流器的开通和关断，进而控制整个系统。本专利技术可在交流电力系统发生功率波动时，根据交流系统的频率动态特性，通过设计灵活的惯性时间常数能提供灵活的惯量响应，有效的抑制频率波动并减少系统恢复时间，从而提升电力系统的频率调节能力，增强电力系统稳定性。
附图说明
[0030]图1为本专利技术系统的结构图；
[0031]图2为本专利技术方法的控制流程图；
[0032]图3为本专利技术自适应虚拟惯性时间常数的设计流程图。
具体实施方式
[0033]以下结合附图对本专利技术做进一步详述。
[0034]基于柔性直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统，其特征在于：包括风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统，风电场区域电力系统、电压源型换流器柔性直流输电系统和同步发电机区域电力系统依次连接，风电场区域电力系统包括风电场、第二变压器、电阻及电感，风电场连接第二变压器，第二变压器的另一端分别连电阻和接接地电容，电阻的另一端通过电感连接电压源型换流器柔性直流输电系统；电压源型换流器柔性直流输电系统包括第一换流器和第二换流器，第二换流器的交流侧与风电场区域电力系统相连，第一换流器的交流侧与同步发电机区域电力系统相连，第一换流器和第二换流器直流侧各自并联一电容器并且通过直流母线相互连接；同步发电机区域电力系统包括同步发电机、第一变压器、电阻及电感，同步发电机连接第一变压器，第一变压器的另一端分别连电阻和接接地电容，电阻的另一端通过电感连接电压源型换流器柔性直流输电系统。2.根据权利要求1所述的基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统，其特征在于：所述第一换流器和第二换流器由双闭环控制器驱动。3.根据权利要求2所述的基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统，其特征在于：所述第一换流器控制系统包括PWM脉宽调制解调器、电流内环模块、第一PI控制器，第二PI控制器，电压限幅器，开方运算器，第一加法运算器，第二加法运算器、第三加法运算器、第四加法运算器、第一乘法运算器、第一坐标转换模块、第二坐标转换模块、增益模块、自适应惯性时间常数模块、频率动态信息计算模块、PLL锁相环模块，一阶离散微分模块和低通滤波器模块。4.一种如权利要求1所述的基于柔性直流输电系统的自适应虚拟惯量控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、根据电力系统实时频率计算并更新系统频率动态信息；步骤2、根据频率动态信息，计算并更新自适应惯性时间常数H
vh
；步骤3、根据自适应惯性时间常数H
vh
和电力系统频率，计算直流电压参考值V
dc*
；步骤4、根据直流电压，计算电流内环电流参考值i
d*
和i
q*
；步骤5、根据电流内环电流参考值i
d*
和i

【专利技术属性】
技术研发人员：朱介北，申志鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：