一种电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法，包括：分析不平衡电网下传统虚拟同步控制的运行特性，基于不平衡电网下传统虚拟同步控制的运行特性，设计平衡电流、平衡有功功率、平衡无功功率的控制环节，对整体的四端口柔性多状态开关改进虚拟同步控制的数学模型其中一个端口进行稳定性分析：通过对正、负序电流参考值的补偿，抑制有功功率和无功功率的2倍频波动。本发明专利技术能够消除负序分量的影响，准确跟踪电压和频率的参考值。的参考值。的参考值。

【技术实现步骤摘要】
一种电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法


[0001]本专利技术涉及配电网控制领域，尤其涉及一种电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，分布式电源与电动汽车接入规模化、社会用电需求多样化使得配电网潮流复杂、负荷不均衡等问题日益凸显。柔性多状态开关是一种取代传统联络开关应用于现代配电网的新型电力电子装置。柔性多状态开关具备灵活连续的调节能力，可以促进分布式电源的消纳，提升配电网的灵活性和供电可靠性，应对复杂的电能质量问题。在所有的电能质量问题中电网电压不平衡是十分普遍的，表现为电压负序分量占正序分量的百分比过高，电网电压不平衡可能会导致电力系统传输的有功功率和无功功率2倍频波动，谐波含量增加，同时影响公共并网点的效率，严重时可能导致电力线缆损坏，甚至烧毁变压器。因此，研究分析电网电压不平衡时柔性多状态开关改进虚拟同步控制，设计更为稳定的电流、有功功率和无功功率控制方法，防止电力系统崩溃，具有理论意义及应用价值。
[0003]目前针对不平衡电网下柔性多状态开关控制技术的研究较少，传统的虚拟同步控制仅能解决柔性多状态开关的惯性响应问题，但在面对不平衡电网时，含量过高的负序分量会引起有功和无功功率的波动，导致虚拟同步控制无法准确跟踪电压和频率的参考值，使得柔性多状态开关最终的输出特性变差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法，消除负序分量的影响。
>[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法：
[0007]分析不平衡电网下传统虚拟同步控制的运行特性，包括输出电流、有功功率以及无功功率；基于所述不平衡电网下传统虚拟同步控制的运行特性，设计平衡电流、平衡有功功率、平衡无功功率的控制环节，对整体的四端口柔性多状态开关改进虚拟同步控制的数学模型其中一个端口进行稳定性分析：通过对正、负序电流参考值的补偿，抑制有功功率和无功功率的2倍频波动。
[0008]进一步的技术方案，所述输出电流的分析过程为：
[0009]将虚拟同步控制端电压和电流表示在αβ坐标系下，并写出对应的矢量形式，以虚拟同步控制端电压正序相位角的初始值为基准进行正负序分量dq旋转坐标系定向，得到虚拟同步控制端电压和MMC侧电流在αβ坐标系下的矢量形式：
[0010][0011][0012]式中：和分别表示正序旋转坐标系下虚拟同步控制端电压的正序分量和MMC侧电流的正序分量，和分别表示负序旋转坐标系下虚拟同步控制端电压的负序分量和MMC侧电流的负序分量，ω0表示角频率，j表示转动惯量，t表示时间。
[0013]更进一步的技术方案，所述有功功率和无功功率为：
[0014][0015]式中：S为瞬时复功率，p0和q0分别表示输出的瞬时有功功率和无功功率平均值，p
cos2
和q
cos2
分别表示有功功率、无功功率的二次余弦波动值，p
sin2
和q
sin2
分别表示有功功率、无功功率的二次正弦波动值。
[0016]更进一步的技术方案，以虚拟同步控制端电压矢量正序分量U
+
为基准进行旋转坐标系正负序定向，所述平衡电流的控制环节为：
[0017][0018]式中：p
*
为有功功率在dq旋转坐标系下的参考值，q
*
为无功功率在dq旋转坐标系下的参考值，和分别表示虚拟同步电流平衡控制的正序d轴、q轴电流指令的参考值，和分别表示虚拟同步电流平衡控制的负序d轴、q轴电流指令的参考值；
[0019]所述平衡有功功率的控制环节为：
[0020][0021]式中：k
qd
、k
dd
表示电网电压不平衡参数，且表示电网电压不平衡参数，且为虚拟同步控制端q轴电压的负序分量，为虚拟同步控制端q轴电压的正序分量，为虚拟同步控制端d轴电压的正序分量，为虚拟同步控制端d轴电压的负序分量；
[0022]所述平衡无功功率的控制环节为：
[0023][0024]进一步的技术方案，所述整体四端口柔性多状态开关改进虚拟同步控制的模型，包括某一端口k交流侧有功功率P
k
和某一端口k的无功功率Q
k
，且：
[0025][0026]式中：i
kd
和i
kq
分别为柔性多状态开关各端口交流侧输出电流在d轴和q轴下的分量，u
ksd
和u
ksq
分别为柔性多状态开关各端口交流侧输出电压在d轴和q轴下的分量。
[0027]更进一步的技术方案，所述整体四端口柔性多状态开关改进虚拟同步控制的模型是基于采用传统虚拟同步控制的四端口柔性多状态开关的数学模型建立的：
[0028][0029]式中：U
sa
为a相交流电压，U
sb
为b相交流电压，U
sc
为c相交流电压，i
oa
为交流侧a相电流，i
ob
为交流侧b相电流，i
oc
为交流侧c相电流，U
na
为a相下桥臂输出电压值，U
nb
为b相下桥臂输出电压值，U
nc
为c相下桥臂输出电压值，U
pa
为a相上桥臂输出电压值，U
pb
为b相上桥臂输出电压值，U
pc
为c相下桥臂输出电压值，R
s
为交流端电阻等效值，L
s
为交流端电感等效值，L为上桥臂或下桥臂总电感等效值。
[0030]更进一步的技术方案，所述某一端口k交流侧有功功率P
k
满足：
[0031][0032]式中：U
dc
为MMC直流侧a相电压，i
dck
为某一端口k的直流侧电流。
[0033]更进一步的技术方案，所述直流侧电流满足：
[0034][0035]式中：s
xk
为某一端口k的其中一相开关函数，i
xk
为某一端口k的其中一相输出电流。
[0036]更进一步的技术方案，在抑制有功功率2倍频波动时，正负序电流参考值的补偿值为：
[0037][0038]式中：上标“～”表示电流补偿值。
[0039]更进一步的技术方案，在抑制无功功率2倍频波动时，正负序电流参考值的补偿值为：
[0040][0041]本专利技术的有益效果为：本专利技术从传统虚拟同步控制的柔性多状态开关数学模型出发，分析不平衡电网下虚拟同步控制的运行特性，设计平衡电流、平衡有功和无功功率控制，进行四端口柔性多状态开关改进虚拟同步控制的稳定性分析，在稳定性分析时，通过对正负序电流参考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网不平衡条件下柔性多状态开关的改进虚拟同步控制方法，其特征在于：分析不平衡电网下传统虚拟同步控制的运行特性，包括输出电流、有功功率以及无功功率；基于所述不平衡电网下传统虚拟同步控制的运行特性，设计平衡电流、平衡有功功率、平衡无功功率的控制环节，对整体的四端口柔性多状态开关改进虚拟同步控制的数学模型其中一个端口进行稳定性分析：通过对正、负序电流参考值的补偿，抑制有功功率和无功功率的2倍频波动。2.根据权利要求1所述的改进虚拟同步控制方法，其特征在于，所述输出电流的分析过程为：将虚拟同步控制端电压和电流表示在αβ坐标系下，并写出对应的矢量形式，以虚拟同步控制端电压正序相位角的初始值为基准进行正负序分量dq旋转坐标系定向，得到虚拟同步控制端电压和MMC侧电流在αβ坐标系下的矢量形式：同步控制端电压和MMC侧电流在αβ坐标系下的矢量形式：式中：和分别表示正序旋转坐标系下虚拟同步控制端电压的正序分量和MMC侧电流的正序分量，和分别表示负序旋转坐标系下虚拟同步控制端电压的负序分量和MMC侧电流的负序分量，ω0表示角频率，j表示转动惯量，t表示时间。3.根据权利要求2所述的改进虚拟同步控制方法，其特征在于，所述有功功率和无功功率为：式中：S为瞬时复功率，p0和q0分别表示输出的瞬时有功功率和无功功率平均值，p
cos2
和q
cos2
分别表示有功功率、无功功率的二次余弦波动值，p
sin2
和q
sin2
分别表示有功功率、无功功率的二次正弦波动值。4.根据权利要3所述的改进虚拟同步控制方法，其特征在于，以虚拟同步控制端电压矢量正序分量U
+
为基准进行旋转坐标系正负序定向，所述平衡电流的控制环节为：式中：p
*
为有功功率在dq旋转坐标系下的参考值，q
*
为无功功率在dq旋转坐标系下的参考值，和分别表示虚拟同步电流平衡控制的正序d轴、q轴电流指令的参考值，和分别表示虚拟同步电流平衡控制的负序d轴、q轴电流指令的参考值；
所述平衡有功功率的控制环节为：式中：k
qd
、k
dd
表示电网电压不平衡参数，且表示电网电压不平衡参数，且为虚拟同步控制端q轴电压的负序分量，为虚拟同步控制端q轴电压的正序分量，为虚拟同步控制端d轴电压的正序分量，为虚拟同步控制端d轴电压的负序分量；所述平衡无功功率的控制环节为：5.根据权利要1所述的改进虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正齐，魏炜，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：