一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略制造技术

本发明专利技术涉及交直流母线接口变换器的控制技术领域，一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略，直流子网和交流子网通过交直流母线接口变换器互联，所述直流子网和交流子网内部分别包含相应的分布式电源和负荷，直流子网内分布式电源采用虚拟同步发电机控制策略来均分负荷并平抑直流电压波动，交流子网内分布式电源采用下垂控制来均分负荷，所述交直流母线接口变换器采用传统三相电压源型变换器。交直流母线接口变换器在运行过程根据通过公式进行策略控制。公式进行策略控制。公式进行策略控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略


[0001]本专利技术涉及交直流母线接口变换器的控制
，具体为一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略。

技术介绍

[0002]目前，混合微电网能够满足各种负荷的需求，已被大量学者认为是未来智能电网的主流形式。因此研究交直流混合微电网的运行控制策略，对于维持母线电压和频率稳定，实现双向潮流，提高系统的稳定性具有重要意义。交直流母线接口变换器的传统控制方法最初是以下垂控制为基础进行设计，但是下垂控制虽然存在响应速度快，电压和频率超调量大，但是也存在稳态恢复过程缓慢等缺点。因此，后续有学者将虚拟同步发电机(VSG)控制技术应用于交直流母线接口变换器之中。例如，专利“CN201711180071.4”将直流子网与交直流母线接口变换器整体等效为同步发电机为交流子网频率提供惯性支撑，优化交流子网动态性能，但是交流子网对直流子网的电压特性不存在调节能力。文献“交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略”对交直流母线接口变换器的虚拟惯性进行分析，提出了一种适用于混合微电网互联变流器潮流的柔性控制策略。但是该策略省略了高阶项，虽优化了稳态性能，但动态过程没有改善。文献“CN201610569592.8”将归一化方法与同步发电机外特性结合提出了相应VSG控制策略。但是这种控制策略虚拟惯量为常数，其动态恢复过程缓慢。文献“交直流混合微电网互联变流器改进控制策略”在下垂系数中引入交流微电网频率的倍数与直流微电网电压差值的微分量，动态增加系统惯性提高瞬态性能，但是这种方法计算量大且没有具体的动态设计优化过程，物理意义不明确。另外，频繁的功率扰动会降低交直流母线接口变换器的使用寿命，降低混合微电网运行的电能质量，因此文献“Hybrid AC
–
DC microgrids with energy storages and progressive energy flow tuning”、“交直流双向功率变换器的改进下垂控制策略”分别提出了一种阈值控制方法，但是传统的阈值控制策略均会导致下垂特性曲线发生偏移。专利“CN201910579096.4”在此基础上提出一种滞环比较，但是这种方法在恢复到阈值范围内时仍按照下垂曲线进行功率传输，不能有效避免功率频繁扰动带来的问题。综合以上文献，现有的双向功率变换器存在以下不足：
[0003]在发生功率双向流动过程中存在超调量大、动态恢复过程缓慢及常规死区控制存在传输功率偏差等技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术创造所要解决的是传统交直流母线接口变换器控制策略在发生功率双向流动过程中存在超调量大、动态恢复过程缓慢及传输功率偏差等技术问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略，直流子网和交流子网通过交直流母线接口变换器互联，所述直流子网和交流子网内部分别包含相应的分布式电源和负荷，直流子网内分布式电源采用虚拟同步发电机控制策略来均分负荷并平抑直流
电压波动，交流子网内分布式电源采用下垂控制来均分负荷，所述交直流母线接口变换器采用传统三相电压源型变换器。交直流母线接口变换器在运行过程根据通过如下公式进行策略控制
[0005][0006][0007]其中，是指交直流母线接口变换器输出有功功率的基准值，P
IC
是指交直流母线接口变换器输出有功功率的实际值，δ
IC
为交直流母线接口变换器的有功下垂系数，f
p.u
是指交流子网频率的实际值的标幺值，V
p.u
是指直流子网电压的实际值的标幺值，是指交流子网频率的基准值的标幺值，是指直流子网电压的基准值的标幺值，J
vir
是指传统虚拟同步发电机控制的虚拟惯量，C
vir
是指整流过程中的虚拟惯量。
[0008]交直流母线接口变换器在运行过程，通过如下的公式判断基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略是否启动
[0009][0010][0011]其中，f
s
是指交流子网控制参数，V
s
是指直流子网控制参数，f
g
是指交流死区范围，V
g
是指直流死区范围，f
ac
是指交流频率实际值，是指交流频率基准值，V
dc
是指直流子网电压的实际值，是指直流子网电压的基准值，当f
ac
运行于死区范围外记作f
s
＝1，范围内记作f
s
＝0，当V
dc
运行于死区范围外记作V
s
＝1，范围内记作V
s
＝0，当f
s
和V
s
同时为0时，基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略不启动，否则基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略启动。
[0012]针对交直流母线接口变换器的传统控制策略，其归一化方程(1)、(2)。
[0013][0014][0015]式中：f
ac,max
和f
ac,min
分别为交流子网频率的最大值和最小值，V
dc,max
和V
dc,min
分别为直流子网电压的最大值和最小值，f
p.u
和V
p.u
分别为交流子网频率的标幺值和直流子网电压的标幺值。f
p.u
和V
p.u
的范围为[
‑
1,1]，无量纲。
[0016]结合(1)、(2)和交直流母线接口变换器的控制特性给出交直流母线接口变换器传统下垂控制方程(3)。
[0017][0018]式中：是指交直流母线接口变换器输出有功功率的基准值，P
IC
是指交直
流母线接口变换器输出有功功率的实际值，经过限幅环节得到有功功率参考值δ
IC
为交直流母线接口变换器的有功下垂系数。
[0019]目前，关于虚拟同步发电机控制方程有多种形式，传统虚拟同步发电机控制方程(4)、(5)。
[0020][0021][0022]式中：J
vir
为传统虚拟同步发电机控制的虚拟惯量；C
vir
为整流过程中的虚拟惯量，在传统控制策略中C
vir
＝0。
[0023]从式(3)和(4)、(5)可以看出交直流母线接口变换器传输功率P
IC
与交流子网频率的标幺值f
p.u
和直流子网电压的标幺值V
p.u
相关，并且传统下垂控制式(3)与传统虚拟同步发电机控制式(4)、(5)稳态部分相同。但是式(4)、(5)的动态部分J
vir
、f
p.u
、df
p.u /dt仅与交流侧频率有关。因此，本专利技术考虑直流子网电压对动态运行过程的影响，建立逆变及整流模式下的运行控制方程(6)、(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略，其特征在于：直流子网和交流子网通过交直流母线接口变换器互联，所述直流子网和交流子网内部分别包含相应的分布式电源和负荷，直流子网内分布式电源采用虚拟同步发电机控制策略来均分负荷并平抑直流电压波动，交流子网内分布式电源采用下垂控制来均分负荷，所述交直流母线接口变换器采用传统三相电压源型变换器。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略，其特征在于：交直流母线接口变换器在运行过程根据如下公式进行策略控制征在于：交直流母线接口变换器在运行过程根据如下公式进行策略控制其中，是指交直流母线接口变换器输出有功功率的基准值，P
IC
是指交直流母线接口变换器输出有功功率的实际值，δ
IC
为交直流母线接口变换器的有功下垂系数，f
p.u
是指交流子网频率的实际值的标幺值，V
p.u
是指直流子网电压的实际值的标幺值，是指交流子网频率的基准值的标幺值，是指直流子网电压的基准值的标幺值，J
vir
是指传统虚拟同步发电机控制的虚拟惯量，C
vir
是指整流过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟润泉，韩肖清，张定邦，张昊，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：