用于减轻基于电网形成逆变器的资源中的闪变的电压控制回路制造技术

一种用于减轻由于闪变而引起的在基于电网形成逆变器的资源(IBR)的互连点(POI)处的电压扰动的方法包括接收电压参考命令和电压反馈。电压反馈包含指示由于闪变而引起的在POI处的电压扰动的信息。该方法还包括基于电压参考命令和电压反馈确定用于IBR的功率参考信号。此外，该方法包括基于功率参考信号生成电流矢量参考信号，该电流矢量参考信号包含电压扰动的频率分量。此外，该方法包括基于频率分量生成调节器的传递函数以考虑闪变效应。另外，该方法包括基于电流矢量参考信号和电流矢量反馈信号的比较来生成电流矢量。因此，该方法包括使用电流矢量来调节电压矢量命令以减轻电压扰动。轻电压扰动。轻电压扰动。

【技术实现步骤摘要】
用于减轻基于电网形成逆变器的资源中的闪变的电压控制回路


[0001]本公开总体上涉及电网形成功率系统，如风力涡轮功率系统，并且更特别地涉及用于减轻基于电网形成逆变器(grid
‑
forming inverter)的资源中的闪变的电压控制回路。

技术介绍

[0002]风电被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面已受到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间空气在叶片上方流动，从而在侧面之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸力侧指向的升力作用于叶片。升力在主转子轴上产生转矩，该主转子轴典型地与用于发电的发电机齿轮接合。
[0003]风力涡轮可区分为两种类型：定速涡轮和变速涡轮。常规地，变速风力涡轮被控制为连接到功率电网的电流源。换言之，变速风力涡轮依靠由锁相环(PLL)检测到的电网频率作为参考，并且将指定量的电流注入电网。风力涡轮的常规电流源控制基于如下假设：电网电压波形是具有固定频率和幅度的基本电压波形，并且风力功率对电网的渗透率足够低而不会对电网电压幅度和频率引起扰动。因此，风力涡轮只需基于基本电压波形将指定电流注入电网。然而，随着风力功率的快速增长，风力功率对一些电网的渗透率已经提高到风力涡轮发电机对电网电压和频率产生显著影响的程度。当风力涡轮位于弱电网中时，风力涡轮功率波动可导致电网电压的幅度和频率变化增加。这些波动可不利地影响PLL和风力涡轮电流控制的性能和稳定性。
[0004]另外，同步电机相对于异步电机的比例的降低(其决定了电网限定参数电压和频率)有助于降低稳定性裕度。稳定性裕度降低的直接后果是在电网中受到电压和频率扰动时电网崩溃。
[0005]因此，许多现有的异步电机(如双馈风力涡轮发电机)以“电网跟踪”模式操作。电网跟踪型装置利用快速电流调节回路来控制与电网交换的有功功率和无功功率。更具体地，图1示出了用于电网跟踪双馈风力涡轮发电机的主电路和变换器控制结构的基本元件。如图所示，变换器的有功功率参考由能源调节器(例如，风力涡轮的涡轮控制部分)开发。这作为转矩参考传递，该参考代表在那个时刻来自能源的最大可达到功率，或来自更高级别电网控制器的缩减命令中的较小一个。然后，变换器控制确定电流的有功分量的电流参考，以实现期望的转矩。因此，双馈风力涡轮发电机包括以导致用于电流的无功分量的命令的方式管理电压和无功功率的功能。然后，宽带电流调节器会开发出由变换器施加到系统的用于电压的命令，使得实际电流密切跟踪命令。
[0006]备选地，电网形成型变换器提供电压源特性，其中控制电压的角度和幅度以实现由电网所需的调节功能。利用这种结构，电流将根据电网的需求流动，而变换器有助于为电
网建立电压和频率。该特性与基于驱动同步电机的涡轮的常规发电机相当。因此，电网形成源必须包括以下基本功能：(1)支持设备的额定范围内的任何电流(有功和无功两者)的电网电压和频率；(2)通过允许电网电压或频率变化而不是断开设备来防止超出设备电压或电流能力的操作(仅当电压或频率超出电网实体规定的界限时才允许断开连接)；(3)对于任何电网配置或负载特性保持稳定，包括为隔离负载服务或与其它电网形成源连接，以及在这样的配置之间切换；(4)在连接到电网的其它电网形成源之间分担电网的总负载；(5)克服主要和次要的电网扰动，以及(6)满足要求(1)
‑
(5)，而不需要与电网中现有的其它控制系统的快速通信，或与电网配置变化相关的外部创建的逻辑信号。
[0007]实现上述电网形成目标的基本控制结构在1990年代初期针对电池系统开发并且现场验证(参见例如名称为“Battery Energy Storage Power Conditioning System”的美国专利号5,798,633)。名称为“System and Method for Control of a Grid Connected Power Generating System”的美国专利号7,804,184和名称为“Controller for controlling a power converter”的美国专利号9,270,194中公开了全变换器风力发电机和太阳能发电机的应用。名称为“System and Method for Providing Grid
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Forming Control for a Double
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Feb Wind Turbine Generator”的PCT/US2020/013787中公开了用于双馈风力涡轮发电机的电网形成控制的应用。
[0008]举例来说，图2示出了电网形成系统的主电路的一个实施例的示意图。如图所示，主电路包括功率电子变换器，其具有DC侧和AC侧上的连接。该变换器接收来自控制器的选通命令，该控制器以Thvcnv的角度创建交流电压相量Vcnv。该角度相对于具有固定频率的参考相量。直流侧供应有即使在很短的持续时间内也能产生或吸收功率的装置。例如，这样的装置可包括电池、太阳能板、具有整流器的旋转机器或电容器。另外，如图所示，电路包括将变换器连接到其互连点的电感性阻抗Xcnv，图2中示出为电压Vt和角度ThVt。互连点后面的电气系统示出为具有阻抗Zthev和角度ThVthev下的电压Vthev的戴维南等效物。该等效物可用于表示任何电路，包括具有负载的电网连接和孤岛电路。在实际情况中，阻抗Zthev将主要是电感性的。
[0009]仍然参看图2，主控制的闭环部分接收来自互连点处的电压和电流的反馈信号。附加的输入从更高级别的控件(未示出)接收。尽管图2作为示例示出了单个变换器，但可产生阻抗Xcnv后面的受控电压Vcnv的电气等效物的任何设备分组都可应用所公开的控制方案以实现相同的性能优势。
[0010]现在参看图3，示出了根据常规结构的用于提供电网形成控制(GFC)的控制图。如图所示，变换器控制器1接收来自更高级别的控件2的参考(例如，V
ref
和P
ref
)和极限(例如，VcmdLimits和PcmdLimits)。这些高级别的极限是针对电压、电流和功率的物理量。主调节器包括快速电压调节器3和慢速电压调节器4。这些调节器3,4具有应用于电压幅度(例如，VcnvCmd)和角度(例如，θPang和θPLL)的变换器控制命令的最终极限，以相应实现对电流的无功分量和实际分量的约束。此外，这样的极限基于预定固定值作为默认值，如果电流超过极限，则使用闭环控制来降低极限。
[0011]对于一些GFC功率系统，可能会发生互连点处出现的电压扰动。这样的扰动通常称为闪变。因此，如本文中所用的术语“闪变”大体上是指在某些频率(例如，从大约1赫兹(Hz)到大约30Hz)下可感知的在互连点处的电流或电压的扰动和/或变化。通常，如果存在一定
量的闪变，则电网要求禁止连接到功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于减轻由于闪变效应而引起的在连接到功率电网的基于电网形成逆变器的资源的互连点处的电压扰动的方法，所述方法包括：经由控制器接收来自外部控制器的电压参考命令和电压反馈，所述电压反馈包含指示由于所述闪变效应而引起的在所述互连点处的电压扰动的信息；经由所述控制器基于所述电压参考命令和所述电压反馈确定用于所述基于逆变器的资源的功率参考信号；经由所述控制器基于所述功率参考信号生成电流矢量参考信号，所述电流矢量参考信号包含所述电压扰动的频率分量；基于所述频率分量生成所述控制器的调节器的传递函数以考虑所述闪变效应；经由所述控制器基于所述电流矢量参考信号和电流矢量反馈信号的比较来生成电流矢量；以及经由所述调节器使用所述电流矢量来调节电压矢量命令以减轻所述互连点处的电压扰动。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括基于所述频率分量动态地调整所述控制器的调节器的传递函数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于电网形成逆变器的资源是功率变换器。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制器包括所述功率变换器的变换器控制器。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述变换器控制器包括电压控制回...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：通用电气可再生能源西班牙有限公司，
类型：发明
国别省市：