一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法及系统，属于新能源发电中的控制技术领域。从减缓构网型变流器自身输出频率的变化率和减缓系统频率的变化率两个方面出发，保持整个系统的频率稳定。通过引入一阶惯性环节，模拟同步发电机的转子运动方程，将变流器自身输出频率的变化量与输入、输出有功功率变化量的偏差联系起来，使得构网型变流器具备类似同步发电机的惯性，在输入输出有功功率不平衡时，减缓构网型变流器自身输出频率的变化率。通过检测系统频率的变化率，快速调节构网型变流器的输入有功功率，以支撑系统功率缺额/盈额，减缓系统频率的变化率，为系统的一次调频争取时间。能够提升构网型变流器虚拟惯量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法及系统


[0001]本专利技术属于新能源发电中的控制
，更具体地，涉及一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]为了应对能源危机和环境污染等问题，世界各国大力发展新能源发电。随着风电、光伏等新能源的容量占比不断提高，电力系统中电力电子变流器逐渐取代同步发电机，由于电力电子变流器不具备类似同步发电机中的机械装备或旋转部件，使得电力系统的惯性降低，当电网遭受干扰时，将严重影响到频率稳定性。
[0003]根据与电网同步方式的不同，新能源电力电子变流器可分为两类：一类是以锁相环同步为代表的锁相同步型变流器；另一类是以有功
‑
频率下垂、虚拟同步机控制为代表的构网型变流器。构网型变流器可以主动构建电压和频率，为系统提供电压和频率支撑，具备在无需外电网的情况下带负荷运行的能力。为提高比例电子电子化电力系统的惯性，需要从构网型变流器的控制方法出发，使得构网型变流器具备类似同步发电机的惯性，在系统出现大功率缺额冲击下减缓频率的变化率，为系统提供频率支撑，提高电力系统抵御负荷突变的能力。
[0004]目前，国内外研究者为了提升系统的惯性，以降低频率的变化率，提出了诸多提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法。(1)为了提高频率的动态稳定性，根据检测变流器自身输出频率的变化率自适应地改变惯性时间常数T，即在频率变化率较小时，惯性时间常数T取值较小；在频率变化率较大时，惯性时间常数T取值较大。该方法提高了构网型变流器自身输出频率的动态响应，能较好的减缓构网型变流器自身输出频率的变化率。但是自适应虚拟惯性控制策略需要检测自身输出频率变化来改变惯性时间常数，应用起来较为复杂，且不能减缓系统频率的变化率，并不能为系统提供惯量支撑功率。(2)从减缓系统频率的变化率出发，在构网型变流器固有调频策略的基础上，引入了微分补偿环节。通过检测系统频率偏差的变化率，引入与系统频率偏差的变化率相关的辅助调频功率，来减缓系统频率的变化率。但该种虚拟惯性控制策略未考虑变流器自身输出频率的变化，在系统发生有功功率缺额时，不能为系统提供良好的频率支撑效果。

技术实现思路

[0005]针对现有虚拟惯量技术的研究现状和工程实际需求，本专利技术提供了一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法及系统，其目的在于当系统中某节点突然出现大功率有功功率缺额时，构网型变流器能够为系统提供频率支撑，分别从减缓构网型变流器自身输出频率的变化率和减缓系统频率的变化率两个方面出发，从而增强系统的虚拟惯量。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法，包括：
[0007]在有功
‑
频率下垂控制的基础上，引入给定频率与系统频率偏差值的微分环节，得
到构网型变流器的输入有功功率；
[0008]引入一阶惯性环节，模拟同步发电机的转子运动方程，将构网型变流器输入、输出有功功率变化量的偏差，映射为构网型变流器自身输出频率的变化量；
[0009]基于构网型变流器自身输出频率的变化量，以及构网型变流器输出电压的dq轴参考值，经电压电流双环控制生成PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号控制所述构网型变流器的开关管。
[0010]进一步地，构网型变流器的输入有功功率表达式为：
[0011]P
in
＝P
ref
+K
fp
(f
ref
‑
f
系统
)+Ms(f
ref
‑
f
系统
)
[0012]其中，P
ref
为构网型变流器的直流侧输入有功功率的参考值，K
fp
为频率有功功率下垂系数，f
ref
为给定频率，f
系统
为系统频率，M为微分系数。
[0013]进一步地，构网型变流器自身输出频率的变化量Δf(s)与构网型变流器输入、输出有功功率变化量的偏差ΔP(s)的映射关系为：
[0014][0015]其中，T为模拟同步发电机的惯性时间常数，D为模拟同步发电机的阻尼系数。
[0016]进一步地，所述基于构网型变流器自身输出频率的变化量，以及构网型变流器输出电压的dq轴参考值，经电压电流双环控制生成PWM控制信号，包括：
[0017]构网型变流器自身输出频率的变化量Δf加上给定频率f
ref
得到构网型变流器自身输出频率f，再经积分环节得到参考角度θ；根据参考角度θ以及构网型变流器输出电压的dq轴参考值，经电压电流双环控制生成PWM控制信号。
[0018]进一步地，构网型变流器输出电压的dq轴参考值通过以下方式确定：
[0019]计算构网型变流器输出无功功率，并得到所述构网型变流器输出无功功率经无功
‑
电压下垂环节生成的输出电压幅值参考值U
cref
，以及U
cref
经虚拟励磁环节生成的虚拟励磁电压E，再减去虚拟阻抗上的压降生成输出电压的dq轴参考值。
[0020]进一步地，在所述微分环节后加入一个时间常数τ的一阶惯性环节，以实现对系统频率的微分。
[0021]本专利技术另一方面，还提供了一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0022]所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
[0023]所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行上述的提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法。
[0024]总体而言，相比于现有的技术方案，本专利技术所构思的以上技术方案具有以下优点：
[0025](1)本专利技术提供的提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法，从减缓构网型变流器自身输出频率的变化率和减缓系统频率的变化率两个方面出发，为提供系统频率支撑。通过引入一阶惯性环节，模拟同步发电机的转子运动方程，将变流器自身输出频率的变化量与输入、输出有功功率变化量的偏差联系起来，使得构网型变流器具备类似同步发电机的惯性，在输入输出有功功率不平衡时，减缓构网型变流器自身输出频率的变化率；通过检测系统频率的变化率，进而快速调节构网型变流器的输入有功功率，以支撑系统功率缺额/盈额，减缓系统频率的变化率，为系统的一次调频争取时间。
[0026](2)仿真证明，本专利技术虚拟惯量控制方法与传统虚拟惯量控制方法相比，在系统中负荷突增相同功率下，构网型变流器自身输出频率的变化率和系统频率的变化率都较小，符合理论分析结果，满足构网型变流器频率惯量的要求。
附图说明
[0027]图1是本专利技术提供的提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法的流程示意图；
[0028]图2是本专利技术具体实施例提供的两台构网型变流器独立供电系统的拓扑结构示意图；
[0029]图3是本专利技术所提出的构网型变流器的控制框图；
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法，其特征在于，包括：在有功
‑
频率下垂控制的基础上，引入给定频率与系统频率偏差值的微分环节，得到构网型变流器的输入有功功率；引入一阶惯性环节，模拟同步发电机的转子运动方程，将构网型变流器输入、输出有功功率变化量的偏差，映射为构网型变流器自身输出频率的变化量；基于构网型变流器自身输出频率的变化量，以及构网型变流器输出电压的dq轴参考值，经电压电流双环控制生成PWM控制信号，并根据所述PWM控制信号控制所述构网型变流器的开关管。2.根据权利要求1所述的提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法，其特征在于，构网型变流器的输入有功功率表达式为：P
in
＝P
ref
+K
fp
(f
ref
‑
f
系统
)+Ms(f
ref
‑
f
系统
)其中，P
ref
为构网型变流器的直流侧输入有功功率的参考值，K
fp
为频率有功功率下垂系数，f
ref
为给定频率，f
系统
为系统频率，M为微分系数。3.根据权利要求1所述的提升构网型变流器虚拟惯量的控制方法，其特征在于，构网型变流器自身输出频率的变化量Δf(s)与构网型变流器输入、输出有功功率变化量的偏差ΔP(s)的映射关系为：其中，T...

【专利技术属性】
技术研发人员：林新春，陈松柏，柳丹，江克证，谭道军，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：