弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法及系统，包括：根据电压源型换流器并网系统典型拓扑建立数学模型，对所述数学模型进行线性化并化简，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型；对于输出电流小信号数学模型，提取控制电流参考值补偿回路增益；在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，将电压源型换流器并网系统解耦成仅与电流环参数相关的一阶回路，实现电压源型换流器并网控制。本发明专利技术通过在换流器并网系统电流环参考值中加入前馈控制，能够补偿由锁相环动态及交流系统阻抗引入的动态误差，进而实现换流器并网系统d轴控制与q轴控制的解耦，有效提高并网系统的稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子设备并网系统控制
，尤其涉及一种弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]弱电网是指交流系统等效阻抗过大的系统，通常采用短路比。一般认为短路比在2～3的交流系统为弱交流系统，亦称为弱电网；短路比低于2的交流系统为极弱交流系统，亦称为极弱电网。当电压源型换流器接入弱交流系统时，其典型控制环节与弱交流系统之间存在强交互作用，严重情况下将导致并网系统失稳，危及并网系统安全稳定运行。
[0004]锁相环是导致电压源型换流器接入交流系统失稳的关键控制环节，通过优化控制参数与控制结构削弱或补偿并网系统受扰后锁相环的输出误差可有效提升并网系统稳定性。现有研究一般从控制参数优化、锁相环结构优化及附加前馈补偿控制三个方面提出增强并网系统稳定性的控制参数与结构优化方法。
[0005]控制参数优化法的核心思想为通过优化控制环节参数重塑换流器输出特性，进而增强电压源型换流器系统并网稳定性，其优势在于无需改变电压源型换流器控制的经典双闭环控制策略及锁相环控制结构，但需要平衡控制系统响应速度与稳定性之间的关系且需要考虑换流器各控制环节之间关系；
[0006]控制结构优化法的核心思想为通过重塑锁相环控制环节阻抗特性或设计合理的附加控制以增强电压源型换流器系统并网稳定性。其中，重塑锁相环输出特性方法主要通过增强锁相环自稳定性以提升并网系统的整体稳定性，可通过在锁相环中加入有源阻尼、采用对称结构锁相环或采用虚拟同步控制等实现，其优势为仅需重新整定锁相环控制参数，无需改变双闭环控制整体结构；附加控制法则是通过在双闭环控制结构中加入虚拟阻抗或前馈补偿等结构，通过提升整个并网系统的稳定性来补偿锁相环动态，但由于附加控制环节改变了并网系统控制结构，需重新设计并网系统控制参数。
[0007]现有前馈补偿控制方法的问题主要为：控制设计复杂度高与参数设计较为复杂。现有的附加前馈补偿控制方法一般均改变了系统的控制结构，导致整个控制回路的幅频特性发生变化，增加了控制系统复杂度，需要重新设计并网系统的控制参数。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法及系统，通过在电流环参考值中加入前馈环节补偿锁相环动态误差，能够直接补偿由锁相环动态与交流系统阻抗带来的反馈支路误差，进而将电压源型换流器并网系统解耦为两个独立一阶系统，满足换流器联于弱交流系统时安全稳定运行需求。
[0009]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0010]弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法，包括：
[0011]根据电压源型换流器并网系统典型拓扑建立数学模型，对所述数学模型进行线性化并化简，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型；
[0012]对于所述输出电流小信号数学模型，提取控制电流参考值补偿回路增益；
[0013]在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，将电压源型换流器并网系统解耦成仅与电流环参数相关的一阶回路，实现电压源型换流器并网控制。
[0014]作为可选的实施方式，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型，具体为：
[0015][0016][0017]其中，s代表拉普拉斯算子；上标“gf”、“cf”分别代表主电路坐标系与控制坐标系下电气信号；Δi
cfsdref
、Δi
cfsqref
、Δi
gfsd
及Δi
gfsq
分别代表参考坐标系下d、q轴电流参考值与d、q轴电流在主电路坐标系下响应；Δθ
pll
为锁相环输出相角扰动；G
CL
代表电流环传递函数；I
d0
、I
q0
分别代表d轴电流与q轴电流稳态分量；R
eq
、L
eq
代表交流系统等效电阻与等效电感。
[0018]作为可选的实施方式，对于所述输出电流小信号数学模型，提取控制电流参考值补偿回路增益，具体为：
[0019][0020]其中，K
pgsc
与K
igsc
分别代表电流环比例系数与积分系数，s代表拉普拉斯算子；R
eq
代表交流系统等效电阻，I
d0
、I
q0
分别代表d轴电流与q轴电流稳态分量。
[0021]作为可选的实施方式，在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，具体为：
[0022][0023][0024]其中，s代表拉普拉斯算子；上标“gf”、“cf”分别代表主电路坐标系与控制坐标系下电气信号；Δi
cfsdref
、Δi
cfsqref
、Δi
gfsd
及Δi
gfsq
分别代表参考坐标系下d、q轴电流参考值与d、q轴电流在主电路坐标系下响应；Δθ
pll
为锁相环输出相角扰动；G
CL
代表电流环传递函数；I
d0
、I
q0
分别代表d轴电流与q轴电流稳态分量；R
eq
、L
eq
代表交流系统等效电阻与等效电感，G
dcd
、G
dcq
分别为d轴和q轴的控制电流参考值补偿回路增益。
[0025]作为可选的实施方式，根据电压源型换流器并网系统典型拓扑建立数学模型之
前，进行如下设定：
[0026]电压前馈环节滤波时间常数及换流器控制环节等效延时非常小，近似认为其电压前馈滤波环节传递函数及换流器延时等效环节G
f
≈1、G
d
≈1；
[0027]由于外环控制带宽一般远小于内环控制带宽，故可认为在电流环带宽时间尺度内并网换流器外环控制尚未响应，故忽略外环动态对并网系统影响。
[0028]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0029]弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制系统，包括：
[0030]数学建模模块，用于根据电压源型换流器并网系统典型拓扑建立数学模型，对所述数学模型进行线性化并化简，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型；
[0031]补偿回路增益计算模块，用于对于所述输出电流小信号数学模型，提取控制电流参考值补偿回路增益；
[0032]并网控制模块，用于在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，将电压源型换流器并网系统解耦成仅与电流环参数相关的一阶回路，实现电压源型换流器并网控制。
[0033]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0034]在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，具体为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法，其特征在于，包括：根据电压源型换流器并网系统典型拓扑建立数学模型，对所述数学模型进行线性化并化简，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型；对于所述输出电流小信号数学模型，提取控制电流参考值补偿回路增益；在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，将电压源型换流器并网系统解耦成仅与电流环参数相关的一阶回路，实现电压源型换流器并网控制。2.如权利要求1所述的弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法，其特征在于，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型，具体为：于，得到电压源型换流器并网系统输出电流小信号数学模型，具体为：其中，s代表拉普拉斯算子；上标“gf”、“cf”分别代表主电路坐标系与控制坐标系下电气信号；Δi
cfsdref
、Δi
cfsqref
、Δi
gfsd
及Δi
gfsq
分别代表参考坐标系下d、q轴电流参考值与d、q轴电流在主电路坐标系下响应；Δθ
pll
为锁相环输出相角扰动；G
CL
代表电流环传递函数；I
d0
、I
q0
分别代表d轴电流与q轴电流稳态分量；R
eq
、L
eq
代表交流系统等效电阻与等效电感。3.如权利要求1所述的弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法，其特征在于，对于所述输出电流小信号数学模型，提取控制电流参考值补偿回路增益，具体为：其中，K
pgsc
与K
igsc
分别代表电流环比例系数与积分系数，s代表拉普拉斯算子；R
eq
代表交流系统等效电阻，I
d0
、I
q0
分别代表d轴电流与q轴电流稳态分量。4.如权利要求1所述的弱电网连接条件下的电压源型换流器并网控制方法，其特征在于，在电流环参考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，具体为：考值中加入所述电流参考值补偿回路增益，具体为：其中，s代表拉普拉斯算子；上标“gf”、“cf”分别代表主电路坐标系与控制坐标系下电气信号；Δi
cfsdref
、Δi
cfsqref
、Δi
gfsd
及Δi
gfsq
分别代表参考坐标系下d、q轴电流参考值与d、q轴电流在主电路坐标系下响应；Δθ
pll
为锁相环输出相角扰动；G
CL
代表电流环传递函数；I
d0
、I
q0
分别代表d轴电流与q轴电流稳态分量；R
eq
、L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙媛媛，尹睿，田春义，李亚辉，许庆燊，李博文，单鹏博，张安彬，刘振，徐龙威，李道宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：