极弱网下的新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法技术

本发明专利技术公开了一种极弱网下的新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法，属于电力控制领域。该控制方法包括：稳态运行条件下，具备主动支撑电网电压与电网频率的能力，同时具有较好的电流控制能力；电压跌落期间，幅值同步控制可以减小电压跌落起始阶段的电流峰值；低穿稳定运行期间，功率指令切换可以使系统优先发出无功，帮助电网电压恢复；电压恢复期间，相角同步控制可以防止电压跌落引起的相角突变，防止过电流与过电压。该控制方法无需切换控制模式即可实现低电压穿越，控制相对简单，不易出错，提高了新能源并网系统的稳定性与电网适应性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
极弱网下的新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法


[0001]本专利技术涉及一种新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法，尤其是一种极弱电网下的新能源发电单元自同步电压源暂稳态控制方法，属于电力控制领域。

技术介绍

[0002]随着“双碳”目标的提出，国家尤为重视新能源技术的发展，构建以清洁能源为主体的新一代电力系统成为当下研究的热点。然而，在弱电网条件下发生扰动时，新能源系统的电压和频率容易失稳。因此，进一步研究新能源高比例渗透下的主动支撑技术与系统稳定运行控制方法，对于“双碳”目标的实现具有重大意义。
[0003]近年来，国内外专家学者从多种角度研究新能源系统的主动支撑与稳定性问题，虚拟同步发电机等自同步电压源控制方法得到不断应用。虚拟同步发电机控制方法通过模拟传统发电机的转子运动方程，具有一定的惯性和阻尼，拥有主动支撑电网的能力。然而，传统虚拟同步发电机控制方法无低电压穿越能力，电网电压跌落期间极易导致系统过电流、过电压以及系统崩溃。此外，弱网或极弱网下的新能源系统交互问题复杂，系统稳定性大大降低。
[0004]针对上述问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：
[0005]题为“基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制方法”的中国专利技术专利申请说明书(CN113595147A)给出了一种通过模型预测方法将最优开关序列直接作用于逆变器中的控制方法，该方法能有效提高功率波动下的系统稳定性，同时具有主动支撑能力，但是缺乏电流控制能力，电网电压跌落时易发生过电流现象。
[0006]题为“一种分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制方法”的中国专利技术专利申请说明书(CN108092308A)公开的技术方案中，给出了一种加快无功功率环响应速度、引入虚拟阻抗以及故障时改变功率指令的综合控制方法，该控制方法具有一定的低电压穿越的能力，提高了新能源系统故障下的稳定性，然而弱网下或极弱网下交互情况严重，该方法的稳定性大大降低。
[0007]题为“一种适用于虚拟同步发电机低电压穿越的无缝切换系统”的中国专利技术专利申请说明书(CN108718097A)提出了一种基于幅值、相位预同步的VSG控制与传统LVRT控制的模式无缝切换控制方法，该控制方法具备较好的的低电压穿越能力，然而控制方法复杂，在实际运用中易出错。
[0008]总之，面对电网电压跌落，现有的虚拟同步发电机控制方法在弱电网或极弱电网条件下存在过电压、过电流以及系统崩溃的问题，且电网电压跌落后易引起系统功角失稳，难以实现低电压穿越。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对弱网下传统虚拟同步发电机控制方法电流控制能力差，电网电压跌落下易发生过电流、过电压、功角失稳
以及系统崩溃等问题，提出了一种极弱网下的新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法。
[0010]本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术提出了一种极弱网下的新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法，所述新能源发电单元的拓扑包括直流电源U
dc
、直流侧滤波电容C
dc
、三相全桥逆变电路、滤波电感L、滤波电容C1、无源阻尼电阻R
C
、并网等效电阻R
g
、并网等效电感L
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
，直流侧滤波电容C
dc
并接在直流源U
dc
和三相全桥逆变电路之间，三相全桥逆变电路串接在直流侧电源U
dc
和滤波电感L之间，滤波电容C1先串联无源阻尼电阻R
C
，再并接在滤波电感L和并网等效电阻R
g
之间，并网等效电感L
g
串接在并网等效电阻R
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
之间；
[0011]所述控制方法的步骤如下：
[0012]步骤1，采样及坐标变换；
[0013]所述采样包括采集以下数据：新能源发电单元并网点的电压并记为并网电压u
oa
，u
ob
，u
oc
，新能源发电单元并网点的电流并记为并网电流i
oa
，i
ob
，i
oc
，新能源发电单元滤波电感L处的电流并记为桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
，新能源发电单元的电网电压并记为电网电压u
ga
，u
gb
，u
gc
；
[0014]所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对并网电压u
oa
，u
ob
，u
oc
、并网电流i
oa
，i
ob
，i
oc
、桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
、电网电压u
ga
，u
gb
，u
gc
分别进行单同步旋转坐标变换得到并网电压dq分量U
od
，U
oq
、并网电流dq分量I
od
，I
oq
、桥臂侧电感电流dq分量I
Ld
，I
Lq
、电网电压dq分量U
gd
，U
gq
；
[0015]步骤2，利用有功功率计算方程和无功功率计算方程得到平均有功功率P和平均无功功率Q，所述有功功率计算方程和无功功率计算方程分别如下：
[0016]P＝1.5(U
oq
I
oq
+U
od
I
od
)
[0017]Q＝1.5(U
od
I
oq
‑
U
aq
I
od
)
[0018]步骤3，根据步骤2中得到的平均有功功率P和新能源发电单元给定的有功功率指令P0，经过功角控制方程得到自同步控制的角频率ω，所述功角控制方程的表达式如下：
[0019][0020]其中，ω0为新能源发电单元给定有功功率指令P0时的额定角频率，m为功角控制下垂系数，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子；
[0021]在电压跌落结束时刻进行相角同步控制，同时对自同步控制的角频率ω积分得到自同步控制的输出相角θ；所述电压跌落结束时刻的相角同步控制为输出相位差Δθ的补偿，Δθ＝θ
g0
‑
θ
n
，其中θ
g0
为电压跌落结束时刻电网电压的输出相角，θ0为电压跌落结束时刻自同步控制的输出相角，则自同步控制的输出相角θ的表达式如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极弱网下的新能源发电单元自同步低电压穿越控制方法，所述新能源发电单元的拓扑包括直流电源U
dc
、直流侧滤波电容C
dc
、三相全桥逆变电路、滤波电感L、滤波电容C1、无源阻尼电阻R
C
、并网等效电阻R
g
、并网等效电感L
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
，直流侧滤波电容C
dc
并接在直流源U
dc
和三相全桥逆变电路之间，三相全桥逆变电路串接在直流侧电源U
dc
和滤波电感L之间，滤波电容C1先串联无源阻尼电阻R
C
，再并接在滤波电感L和并网等效电阻R
g
之间，并网等效电感L
g
串接在并网等效电阻R
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
之间；其特征在于，所述控制方法的步骤如下：步骤1，采样及坐标变换；所述采样包括采集以下数据：新能源发电单元并网点的电压并记为并网电压u
oa
，u
ob
，u
oc
，新能源发电单元并网点的电流并记为并网电流i
oa
，i
ob
，i
oc
，新能源发电单元滤波电感L处的电流并记为桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
，新能源发电单元的电网电压并记为电网电压u
ga
，u
gb
，u
gc
；所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对并网电压u
oa
，u
ob
，u
oc
、并网电流i
oa
，i
ob
，i
oc
、桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
、电网电压u
ga
，u
gb
，u
gc
分别进行单同步旋转坐标变换得到并网电压dq分量U
od
，U
oq
、并网电流dq分量I
od
，I
oq
、桥臂侧电感电流dq分量I
Ld
，I
Lq
、电网电压dq分量U
gd
，U
gq
；步骤2，利用有功功率计算方程和无功功率计算方程得到平均有功功率P和平均无功功率Q，所述有功功率计算方程和无功功率计算方程分别如下：P＝1.5(U
oq
I
oq
+U
od
I
od
)Q＝1.5(U
od
I
oq
‑
U
oq
I
od
)步骤3，根据步骤2中得到的平均有功功率P和新能源发电单元给定的有功功率指令P0，经过功角控制方程得到自同步控制的角频率ω，所述功角控制方程的表达式如下：其中，ω0为新能源发电单元给定有功功率指令P0时的额定角频率，m为功角控制下垂系数，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子；在电压跌落结束时刻进行相角同步控制，同时对自同步控制的角频率ω积分得到自同步控制的输出相角θ；所述电压跌落结束时刻的相角同步控制为输出相位差Δθ的补偿，Δθ＝θ
g0
‑
θ0，其中θ
g0
为电压跌落结束时刻电网电压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，徐韫钰，刘健钊，何国庆，柳丹，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司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：