一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法、系统及装置，属于电力领域，包括提出构网型变流器系统直流侧电压混合控制策略，在同步稳定尺度下建立含直流侧电压混合控制环的构网型变流器暂态数学模型；根据所建立的数学模型利用等面积定则分析稳定机理，定性分析主要参数的影响规律；利用数值积分原理求解系统临界故障切除时间(criticalclearingtime,CCT)，定量分析不同参数的影响；根据参数分析结果对构网型变流器直流侧电压混合控制环进行参数优化设计；能够准确描述直流侧电压扰动下的构网型变流器暂态同步机制，为实现构网型变流器暂态稳定能力提升提供了可行的控制策略与优化方案。升提供了可行的控制策略与优化方案。升提供了可行的控制策略与优化方案。

【技术实现步骤摘要】
一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及电力领域，具体涉及一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]大量的可再生能源通过变流器接入电网，极大降低了电网的惯量和抗扰动能力，给大规模新能源消纳和电力系统安全稳定运行带来挑战。电力电子变流器具有控制灵活等特征，通过控制变流器使其在电网发生扰动时具备主动支撑和稳压稳频能力，称之为构网型变流器。通过构网型变流器的大量接入，一方面可以解决低惯量电力系统带来的抗扰动能力弱的问题，另一方面可极大降低电力系统火力、水力等旋转备用容量的需求。
[0003]然而电力电子变流器过流能力弱，适应复杂电网条件的鲁棒性较差。由于构网型变流器直流侧容量有限，难以实现快速功率支撑。当电网发生短路故障等极端工况时，直流侧电压波动导致构网型变流器稳定域度降低，易出现暂态失步等稳定问题，亟需提出具有强稳定能力的直流侧电压控制策略并开展暂态稳定优化设计方法研究，为工程设计提供理论指导。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法、系统及装置。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]基于构网型变流器的拓扑结构及系统参数建立直流侧电压混合控制策略；
[0008]基于直流侧电容电路的动态特性构建构网型变流器的直流侧等值动态方程；基于拓扑结构中输出的各项角频率，构建构网型变流器的功率控制环；基于二端口网络传输特性，建立变流器输出有功与无功功率方程；结合直流侧等值动态方程、构网型变流器的功率控制环和变流器输出有功与无功功率方程构建在同步稳定尺度下的构网型变流器暂态数学模型；
[0009]通过构网型变流器暂态数学模型确定参考有功功率的变化曲线，基于等面积定则分析变化曲线确定参数对构网型变流器暂态稳定的影响；
[0010]通过数值积分方法计算不同参数摄动下的变流器临界故障切除时间；
[0011]以提高变流器的暂态稳定能力为目标，基于各参数对构网型变流器暂态稳定的影响和变流器临界故障切除时间来调整直流侧电压混合控制策略。
[0012]进一步地，所述直流侧电压混合控制策略对直流侧电压偏差值采用无差控制，输出值分别反馈至参考角频率值和参考有功功率值，参考角频率值为输出值乘以比例系数1
‑
K(0≤K≤1)，参考有功功率值为输出值乘以比例系数K和参考直流侧电压值。
[0013]进一步地，所述构网型变流器的直流侧等值动态方程的构建包括以下步骤：
[0014]直流侧电压混合控制环节的数学模型如下式所示：
[0015][0016]其中，和U
dc
分别是参考直流侧电压和实测电压，K
p1
和K
i1
代表直流侧PI控制环比例和积分系数，K为混合系数，P0为直流侧电压控制环输出的参考有功功率；
[0017]考虑到直流侧电容电路的动态特性，其数学模型可以建立如下：
[0018][0019]其中i
c
为直流侧电容电流，i
in
和i
out
分别代表直流侧输入和输出电流；i
d
是流过直流侧撬棒电路的电流，C
dc
是直流侧电容值；
[0020]基于公式(2)可以得到构网型变流器的直流侧等值动态方程：
[0021][0022]其中，P
in
和P
out
代表输入有功功率和输出有功功率，P
d
是撬棒功率损耗，一般不考虑撬棒功率损耗，即P
d
＝0；J
DC
定义为变流器的等值惯量系数，其值等于C
dc
U2 dc/P
rated
，与直流侧电容U
dc
及其额定容量P
rated
相关；忽略变流器开关管的功率损耗，变流器直流侧输入有功与交流侧输出有功功率相等，即P
out
＝P
em
＝T
em
ω0。
[0023]进一步地，所述构网型变流器的功率控制环可表示为：
[0024][0025]其中ω0是参考角频率值，ω1是VSG功率环输出的角频率，ω2是VSG直流侧电压混合控制输出的角频率，ω
II
是VSG的总角频率，θ代表相角，T0为参考转矩T
em
是电磁转矩，J和D
p
分别代表惯量和阻尼系数。
[0026]进一步地，所述变流器输出有功与无功功率方程的构建包括以下步骤：
[0027]以电网相角为参考坐标系，定义δ为构网型变流器与电网间的相角差
[0028][0029]考虑到电压电流内环响应速度较快，因此可以假设电压电流内环的动态过程可以忽略，得到构网型变流器端口电压与输出电流的关系如下式所示
[0030]V
abc
＝G(s)E
abc
‑
Z(s)i
abc (6)
[0031]其中V
abc
是滤波器后的电压，G(s)E
abc
是变流器等值内电势，i
abc
是变流器输出电流值，Z(s)为考虑了内环控制与线路阻抗的等值阻抗；
[0032]根据二端口网络传输特性，变流器输出有功与无功功率为
[0033][0034]其中，G
eq
＝R
eq
/(R2 eq+X2 eq)，B
eq
＝
‑
X
eq
/(R2 eq+X2 eq)；X
eq
和R
eq
是等值阻抗Z
eq
的电导和电纳。
[0035]进一步地，所述参考有功功率的可表示为：
[0036][0037]进一步地，所述通过数值积分方法计算不同参数摄动下的变流器临界故障切除时间，包括以下步骤：
[0038]临界故障切除时间的计算的条件为
[0039][0040]将式(9)代入式(10)可得
[0041][0042]上述方程可通过数值计算的方法进行求解；当δ
max
＝δ
u
时，所求得得变流器的δ
c
为临界故障切除角δ
cr
；将临界故障切除角代入式(4)即可求得临界故障切除时间t
cr
，如下式所示：
[0043][0044]本申请还提出一种构网型变流器直流侧电压混合控制系统，包括以下模块：
[0045]控制模块：基于构网型变流器的拓扑结构及系统参数建立直流侧电压混合控制策略；
[0046]构网型变流器暂态数学模型建立模块：基于直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构网型变流器直流侧电压混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：基于构网型变流器的拓扑结构及系统参数建立直流侧电压混合控制策略；基于直流侧电容电路的动态特性构建构网型变流器的直流侧等值动态方程；基于拓扑结构中输出的各项角频率，构建构网型变流器的功率控制环；基于二端口网络传输特性，建立变流器输出有功与无功功率方程；结合直流侧等值动态方程、构网型变流器的功率控制环和变流器输出有功与无功功率方程构建在同步稳定尺度下的构网型变流器暂态数学模型；通过构网型变流器暂态数学模型确定参考有功功率的变化曲线，基于等面积定则分析变化曲线确定参数对构网型变流器暂态稳定的影响；通过数值积分方法计算不同参数摄动下的变流器临界故障切除时间；以提高变流器的暂态稳定能力为目标，基于各参数对构网型变流器暂态稳定的影响和变流器临界故障切除时间来调整直流侧电压混合控制策略。2.根据权利要求1所述的构网型变流器直流侧电压混合控制方法，其特征在于，所述直流侧电压混合控制策略对直流侧电压偏差值采用无差控制，输出值分别反馈至参考角频率值和参考有功功率值，参考角频率值为输出值乘以比例系数1
‑
K(0≤K≤1)，参考有功功率值为输出值乘以比例系数K和参考直流侧电压值。3.根据权利要求1所述的构网型变流器直流侧电压混合控制方法，其特征在于，所述构网型变流器的直流侧等值动态方程的构建包括以下步骤：直流侧电压混合控制环节的数学模型如下式所示：其中，和U
dc
分别是参考直流侧电压和实测电压，K
p1
和K
i1
代表直流侧PI控制环比例和积分系数，K为混合系数，P0为直流侧电压控制环输出的参考有功功率；考虑到直流侧电容电路的动态特性，其数学模型可以建立如下：其中i
c
为直流侧电容电流，i
in
和i
out
分别代表直流侧输入和输出电流；i
d
是流过直流侧撬棒电路的电流，C
dc
是直流侧电容值；基于公式(2)可以得到构网型变流器的直流侧等值动态方程：其中，P
in
和P
out
代表输入有功功率和输出有功功率，P
d
是撬棒功率损耗，一般不考虑撬棒功率损耗，即P
d
＝0；J
DC
定义为变流器的等值惯量系数，其值等于C
dc
U2 dc/P
rated
，与直流侧电容U
dc
及其额定容量P
rated
相关；忽略变流器开关管的功率损耗，变流器直流侧输入有功与交流侧输出有功功率相等，即P
out
＝P
em
＝T
em
ω0。4.根据权利要求3所述的构网型变流器直流侧电压混合控制方法，其特征在于，所述构网型变流器的功率控制环可表示为：
其中ω0是参考角频率值，ω1是VSG功率环输出的角频率，ω2是VSG直流侧电压混合控制输出的角频率，ω
II
是VSG的总角频率，θ代表相角，T0为参考转矩T
em
是电磁转矩，J和D
p
分别代表惯量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀东，沈超，沈霞，姜文超，
申请(专利权)人：江苏省生产力促进中心，
类型：发明
国别省市：