一种同步发电系统及其并网控制方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同步发电系统及其并网控制方法、装置、电子设备和可读存储介质，涉及电力电子与电力传动领域，该方法包括：在同步发电系统与电网并网后，根据发电机三相电流和电网电压角度，获取发电机三相电流对应的有功电流和无功电流；根据有功电流、中间直流电压、中间直流电压指令值和电网电压角频率，获取转速指令值；根据无功电流、无功电流指令值、励磁电流基准值和励磁电流反馈值，获取调制波；可见，本发明专利技术通过新能源经同步发电机对并网的并网方式，主动支撑电力系统频率与电压稳定性；通过采用方便快速的功率反馈控制和直流电压反馈控制的功率控制方式，实现并网功率的稳定控制，保证了并网的频率和电压稳定性。保证了并网的频率和电压稳定性。保证了并网的频率和电压稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种同步发电系统及其并网控制方法、装置和电子设备


[0001]本专利技术涉及电力电子与电力传动领域，特别涉及一种同步发电系统及其并网控制方法、装置、电子设备和可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着构建以新能源为主体的新型电力系统的计划不断推进，电网系统逐渐呈现“双高”的特点，这将导致整个电网系统的惯性不断降低、抗扰动性不断变弱以及安全风险不断增加。风电和光伏等新能源发电系统的高渗透率，是新能源并网降低电力系统频率和电压稳定性的主要因素。主要体现在：新能源发电系统具有随机波动性，缺乏可靠的惯性响应，导致系统频率调节能力显著下降；此外，传统的同步发电机被并网换流器大规模代替，而电力电子器件暂态电压的支撑能力不足，加大了系统电压崩溃的风险。
[0003]针对频率稳定性方面，虚拟同步机(VSG)技术可以提升新能源系统的惯性响应，但VSG技术本质上只是改变了新能源换流器的控制策略，换流器本身的电压和电流耐受范围窄的特点仍然会影响新能源电网的稳定性。针对电压稳定性方面，采用Crowbar电路(一种过电压保护电路)、直流Chopper(斩波)电路、储能装置以及新一代调相机等硬件辅助设备提升新能源系统的无功支撑能力，但电力电子器件固有耐压能力的限制给电压穿越技术带来了瓶颈；而调相机是以并联的方式接入直流送受两端，这并没有改变新能源通过电力电子设备直接并网的方式。也就是说，上述方法增加了变流器控制的复杂度和新能源电场的运行成本，且技术上也不如传统机组成熟。
[0004]因此，如何能够方便快速地对新能源设备的并网进行控制，提升新能源并网的频率和电压稳定性，是现今急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种同步发电系统及其并网控制方法、装置、电子设备和可读存储介质，以方便快速地对新能源设备的并网进行控制，提升新能源并网的频率和电压稳定性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种同步发电系统的并网控制方法，包括：
[0007]在同步发电系统与电网并网后，根据发电机三相电流和电网电压角度，获取所述发电机三相电流对应的有功电流和无功电流；
[0008]根据所述有功电流、中间直流电压、中间直流电压指令值和电网电压角频率，获取转速指令值；其中，所述转速指令值用于调节所述同步发电系统中电动机的转速；所述中间直流电压为新能源发电设备和/或储能变流器对所述电动机供电的直流电压；
[0009]根据所述无功电流、无功电流指令值、励磁电流基准值和励磁电流反馈值，获取调制波；其中，所述调制波用于调节所述同步发电系统中发电机的励磁电流，所述发电机和所述电动机为同轴连接的同步发电机对。
[0010]可选的，所述根据所述有功电流、中间直流电压、中间直流电压指令值和电网电压
角频率，获取转速指令值，包括：
[0011]利用第一比较器，对所述中间直流电压和所述中间直流电压指令值进行比较，得到直流电压补偿值；其中，所述直流电压补偿值为所述中间直流电压指令值与所述中间直流电压之差；
[0012]利用第一控制器，获取所述直流电压补偿值对应的有功电流指令值；
[0013]利用第二比较器，对所述有功电流和所述有功电流指令值进行比较，得到有功电流补偿值；其中，所述有功电流补偿值为所述有功电流指令值与所述有功电流之差；
[0014]利用第二控制器，获取所述有功电流补偿值对应的转速补偿值；
[0015]利用第三比较器，对所述转速补偿值和所述电网电压角频率对应的转速指令基准值进行比较，得到所述转速指令值；其中，所述转速指令值为所述转速补偿值与所述转速指令基准值之和，所述转速指令基准值为所述电网电压角频率和1/2π的乘积与预设变换比例的乘积。
[0016]可选的，所述第一控制器和所述第二控制器均为比例积分控制器。
[0017]可选的，所述根据所述无功电流、无功电流指令值、励磁电流基准值和励磁电流反馈值，获取调制波，包括：
[0018]利用第四比较器，对所述无功电流指令值和所述无功电流进行比较，得到无功电流补偿值；其中，所述无功电流补偿值为所述无功电流指令值与所述无功电流之差；
[0019]利用第三控制器，获取所述无功电流补偿值对应的励磁电流补偿值；
[0020]利用第五比较器，对所述励磁电流补偿值、所述励磁电流基准值和所述励磁电流反馈值进行比较，得到电流比较值；其中，所述电流比较值为所述励磁电流基准值和所述励磁电流补偿值的差与所述励磁电流反馈值之差；
[0021]利用第四控制器，获取所述电流比较值对应的调制波。
[0022]可选的，所述无功电流指令值为高电压故障穿越的第一电流指令值、低电压故障穿越的第二电流指令值或正常运行的第三电流指令值。
[0023]可选的，所述根据发电机三相电流和电网电压角度，获取所述发电机三相电流对应的有功电流和无功电流之前，还包括：
[0024]通过锁相环，获取电网三相电压对应的电网电压角频率和电网电压角度。
[0025]可选的，所述利用锁相环，获取电网三相电压对应的电网电压角频率和电网电压角度，包括：
[0026]根据上一电网电压角度，利用预设坐标变换矩阵对所述电网三相电压进行变换，得到所述电网三相电压对应的电网电压q轴分量；
[0027]利用第五控制器，获取所述电网电压q轴分量对应的角频率补偿值；
[0028]利用第六比较器，对所述角频率补偿值和角频率基准值进行比较，得到所述电网电压角频率；其中，所述电网电压角频率为所述角频率补偿值与所述角频率基准值之和；
[0029]对所述电网电压角频率进行积分和取余，获取当前电网电压角度。
[0030]可选的，所述根据发电机三相电流和电网电压角度，获取所述发电机三相电流对应的有功电流和无功电流，包括：
[0031]根据目标角度，利用预设坐标变换矩阵对所述发电机三相电流进行变换，得到所述有功电流和所述无功电流；其中，所述目标角度为所述电网电压角度与π/6之差。
[0032]可选的，该方法还包括：
[0033]发电机控制设备将所述转速指令值发送到电动机控制设备，以控制所述电动机控制设备根据所述转速指令值控制所述同步发电系统中的目标逆变器；其中，所述目标逆变器用于利用所述中间直流电压对所述电动机供电；
[0034]根据所述调制波控制所述同步发电系统中的发电机整流器，以调整所述发电机的励磁电流；其中，所述发电机整流器用于为所述发电机提供励磁电流。
[0035]可选的，该方法还包括：
[0036]在所述同步发电系统与电网并网之前，通过锁相环，获取电网三相电压对应的电网电压角频率和电网电压角度；
[0037]根据所述电网电压角频率、所述电网电压角度和发电机定子三相电压，获取预同步转速指令值；其中，所述预同步转速指令值用于调节所述电动机的转速；
[0038]根据所述预同步转速指令值，控制电动机控制设备调节所述电动机的转速。
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，包括：在同步发电系统与电网并网后，根据发电机三相电流和电网电压角度，获取所述发电机三相电流对应的有功电流和无功电流；根据所述有功电流、中间直流电压、中间直流电压指令值和电网电压角频率，获取转速指令值；其中，所述转速指令值用于调节所述同步发电系统中电动机的转速；所述中间直流电压为新能源发电设备和/或储能变流器对所述电动机供电的直流电压；根据所述无功电流、无功电流指令值、励磁电流基准值和励磁电流反馈值，获取调制波；其中，所述调制波用于调节所述同步发电系统中发电机的励磁电流，所述发电机和所述电动机为同轴连接的同步发电机对。2.根据权利要求1所述的同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，所述根据所述有功电流、中间直流电压、中间直流电压指令值和电网电压角频率，获取转速指令值，包括：利用第一比较器，对所述中间直流电压和所述中间直流电压指令值进行比较，得到直流电压补偿值；其中，所述直流电压补偿值为所述中间直流电压指令值与所述中间直流电压之差；利用第一控制器，获取所述直流电压补偿值对应的有功电流指令值；利用第二比较器，对所述有功电流和所述有功电流指令值进行比较，得到有功电流补偿值；其中，所述有功电流补偿值为所述有功电流指令值与所述有功电流之差；利用第二控制器，获取所述有功电流补偿值对应的转速补偿值；利用第三比较器，对所述转速补偿值和所述电网电压角频率对应的转速指令基准值进行比较，得到所述转速指令值；其中，所述转速指令值为所述转速补偿值与所述转速指令基准值之和，所述转速指令基准值为所述电网电压角频率和1/2π的乘积与预设变换比例的乘积。3.根据权利要求2所述的同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器均为比例积分控制器。4.根据权利要求1所述的同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，所述根据所述无功电流、无功电流指令值、励磁电流基准值和励磁电流反馈值，获取调制波，包括：利用第四比较器，对所述无功电流指令值和所述无功电流进行比较，得到无功电流补偿值；其中，所述无功电流补偿值为所述无功电流指令值与所述无功电流之差；利用第三控制器，获取所述无功电流补偿值对应的励磁电流补偿值；利用第五比较器，对所述励磁电流补偿值、所述励磁电流基准值和所述励磁电流反馈值进行比较，得到电流比较值；其中，所述电流比较值为所述励磁电流基准值和所述励磁电流补偿值的差与所述励磁电流反馈值之差；利用第四控制器，获取所述电流比较值对应的调制波。5.根据权利要求1所述的同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，所述无功电流指令值为高电压故障穿越的第一电流指令值、低电压故障穿越的第二电流指令值或正常运行的第三电流指令值。6.根据权利要求1所述的同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，所述根据发电机三相电流和电网电压角度，获取所述发电机三相电流对应的有功电流和无功电流之前，还包括：
通过锁相环，获取电网三相电压对应的电网电压角频率和电网电压角度。7.根据权利要求6所述的同步发电系统的并网控制方法，其特征在于，所述利用锁相环，获取电网三相电压对应的电网电压角频率和电网电压角度，包括：根据上一电网电压角度，利用预设坐标变换矩阵对所述电网三相电压进行变换，得到所述电网三相电压对应的电网电压q轴分量；利用第五控制器，获取所述电网电压q轴分量对应的角频率补偿值；利用第六比较器，对所述角频率补偿值和角频率基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，胡云卿，文宇良，王跃，梁锡凡，胡亮，南永辉，李红波，张超，付建国，周振邦，蔡广瀚，王成杰，曾小凡，罗璇，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：