具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统，属于新能源发电技术领域，锁相环包括：鉴相器、相位延迟器、环路滤波器和压控振荡器；鉴相器接收新能源发电系统并网点的三相交流电压信号，并对三相交流电压信号进行坐标变换至两相旋转坐标系下，获取并网点电压的q轴分量；相位延迟器接收并网点电压的q轴分量并通过相位延迟环节对其进行相位补偿；环路滤波器用于获取锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号；压控振荡器用于对锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号进行积分获取锁相环输出相角。本发明专利技术支撑了系统频率最低点，具有较强的通用性，可运用于经电力电子并网的各类新能源并网发电装备。源并网发电装备。源并网发电装备。

【技术实现步骤摘要】
具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统


[0001]本专利技术属于新能源发电
，更具体地，涉及一种具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统。

技术介绍

[0002]风电机组经电力电子装备并网，快速动作的电力电子装备造成其转子转速与电网频率解耦，进而风机转子的转动惯量被隐藏。因此，当电网发生功率缺额造成频率变化时，风机机组输出功率保持不变，即风电机组不具备惯量响应能力。为了模拟传统同步发电机的惯量响应特性，现有惯量控制方法大多从功率外环的控制出发，实现风机转子动能的控制，以抑制电网频率的变化。
[0003]现有的风机惯量控制方法主要分为两类：一类是虚拟同步控制。其通过类比传统同步机修改电力电子装备的控制环节，实现风电机组的惯量支撑。但是该控制方式完全颠覆了风电机组100％采用的矢量控制结构，通用性较差，这对装备的升级改造带来了较大的困难。另一类是基于频率测量的虚拟惯性控制。该方法通过将测得的频率变化引入至功率外环，以实现风电机组的虚拟惯量响应，但是当频率开始上升后，功率的下降可能会造成严重的二次频率跌落。
[0004]此外，锁相环作为频率的直接测量环节，天然的具备频率测量信息。现有研究表明修改锁相环参数可实现风电机组的惯量响应，但是低带宽锁相环支撑时间较短，对频率最低点的支撑能力较弱。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统，旨在解决现有的惯量支撑方法通用性差和频率最低点支撑能力弱的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控系统，包括：顺次相连的鉴相器、相位延迟器、环路滤波器和压控振荡器；
[0007]鉴相器用于接收新能源发电系统并网点的三相交流电压信号，并对三相交流电压信号进行坐标变换至两相旋转坐标系下，获取并网点电压的q轴分量；
[0008]相位延迟器用于在新能源发电系统发生频率事故后，通过相位延迟环节对并网点电压的q轴分量进行相位补偿及幅值衰减，增大锁相环输出相角与定子电压相角之间的相位差，使得新能源发电系统中的内电势与定子电压之间的功角变大，增大新能源发电系统的有功功率，支撑新能源发电系统频率的跌落；其中，K为相位补偿系数，s是频域参数；
[0009]环路滤波器用于获取锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号；
[0010]压控振荡器用于对锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号进行
积分获取锁相环输出相角，用于新能源发电系统控制中的坐标变换环节。
[0011]进一步优选地，环路滤波器为PI控制器或低通滤波器其中，K
p
为比例系数，K
i
为积分系数，Ts为时间常数；s是拉普拉斯算子。
[0012]进一步优选地，新能源发电系统包括双馈风机、直驱风机以及光伏发电设备。
[0013]进一步优选地，当新能源发电系统为双馈风机时，双馈风机在动态过程中的有功功率为：
[0014][0015]其中，E为内电势；U
s
为定子电压；X
s
为定子电抗；δ为内电势E与定子电压U
s
之间的夹角；θ
ctrl
为内电势E在锁相坐标系中的夹角；θ
s
和θ
pll
分别为定子端电压相角和锁相环输出相角。
[0016]进一步优选地，并网点的q轴电压分量为：
[0017]U
sqpll
＝U
s
sin(θ
s
‑
θ
pll
)
[0018]其中，U
s
为并网点电压信号；U
sqpll
为并网点的q轴电压分量。
[0019]基于上述提供的锁相环，本专利技术提供了对应的具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法，包括以下步骤：
[0020]采用鉴相器接收新能源发电系统并网点的三相交流电压信号，并对三相交流电压信号进行坐标变换至两相旋转坐标系下，获取并网点电压的q轴分量；
[0021]新能源发电系统发生频率事故后，将并网点电压的q轴分量通过相位延迟环节进行相位补偿，进而增大锁相环输出相角与定子电压相角之间的相位差，使得新能源发电系统中的内电势与定子电压之间的功角变大，增大新能源发电系统的有功功率，支撑新能源发电系统频率的跌落；其中，K为相位补偿系数，s是拉普拉斯算子；
[0022]采用环路滤波器获取锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号；
[0023]采用压控振荡器对锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号进行积分获取锁相环输出相角，用于新能源发电系统控制中的坐标变换环节。
[0024]进一步组优选地，环路滤波器为PI控制器或低通滤波器其中，K
p
为比例系数，K
i
为积分系数，Ts为时间常数；s是拉普拉斯算子。
[0025]进一步优选地，新能源发电系统包括：双馈风机、直驱风机以及光伏发电设备。
[0026]进一步优选地，当新能源发电系统为双馈风机时，双馈风机在动态过程中的有功功率为：
[0027][0028]其中，E为内电势；U
s
为定子电压；X
s
为定子电抗；δ为内电势E与定子电压U
s
之间的夹角；θ
ctrl
为内电势E在锁相坐标系中的夹角；θ
s
和θ
pll
分别为定子端电压相角和锁相环输出相角。
[0029]进一步优选地，并网点的q轴电压分量为：
[0030]U
sqpll
＝U
s
sin(θ
s
‑
θ
pll
)
[0031]其中，U
s
为并网点电压信号；U
sqpll
为并网点的q轴电压分量。
[0032]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0033]1、本专利技术提供了一种具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统，其中，在传统的锁相环结构中增加了一个相位延迟环节，提升了锁相环的阻尼比，从而实现了锁相环在系统频率的振荡频率附近输出相位滞后电网相位。且锁相环输出相角的幅频响应均位于0dB及以下，并随着系统频率的振荡频率的增加而减小，即在电网频率跌落越快时，锁相环的输出相角变化的幅值与电网相角变化的幅值之比越小。本专利技术的具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法可以在电网发生频率事故时，风机等新能源发电装备的控制坐标系与实际坐标系发生动态波动，从而新能源装备具备惯量响应能力，支撑电网频率跌落。
[0034]2、本专利技术提供了一种具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控方法及系统，在锁相环带宽相同时，比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备快速频率响应的新能源发电惯量锁相调控系统，其特征在于，包括：顺次相连的鉴相器、相位延迟器、环路滤波器和压控振荡器；所述鉴相器用于接收新能源发电系统并网点的三相交流电压信号，并对三相交流电压信号进行坐标变换至两相旋转坐标系下，获取并网点电压的q轴分量；所述相位延迟器用于在新能源发电系统发生频率事故后，通过相位延迟环节对并网点电压的q轴分量进行相位补偿及幅值衰减，进而增大锁相环输出相角与定子电压相角之间的相位差，使得新能源发电系统中的内电势与定子电压之间的功角变大，增大新能源发电系统的有功功率，支撑新能源发电系统频率的跌落；其中，K为相位补偿系数，s是拉普拉斯算子；所述环路滤波器用于获取锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号；所述压控振荡器用于对锁相环角频率与并网点电压角频率之间的频率偏差信号进行积分获取锁相环输出相角，用于新能源发电系统控制中的坐标变换环节。2.根据权利要求1所述的新能源发电惯量锁相调控系统，其特征在于，所述环路滤波器为PI控制器或低通滤波器其中，K
p
为比例系数，K
i
为积分系数，Ts为时间常数；s是拉普拉斯算子。3.根据权利要求1或2所述的新能源发电惯量锁相调控系统，其特征在于，所述新能源发电系统包括：双馈风机、直驱风机以及光伏发电设备。4.根据权利要求3所述的新能源发电惯量锁相调控系统，其特征在于，当新能源发电系统为双馈风机时，双馈风机在动态过程中的有功功率为：其中，E为内电势；U
s
为定子电压；X
s
为定子电抗；δ为内电势E与定子电压U
s
之间的夹角；θ
ctrl
为内电势E在锁相坐标系中的夹角；θ
s
和θ
pll
分别为定子端电压相角和锁相环输出相角。5.根据权利要求1或4所述的新能源发电惯量锁相调控系统，其特征在于，并网点的q轴电压分量为：U
sqpll
＝U
s
sin(θ
s
‑
θ
pll
)其中，U
s
为并网点电压信号；U
sqpll

【专利技术属性】
技术研发人员：朱东海，周仪旎，余佳微，朱益华，李成翔，罗超，胡斌江，苏明章，刘宇嫣，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：