【技术实现步骤摘要】
本方法涉及新能源电力系统技术，具体为考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法。
技术介绍
1、现如今，随着新能源发电装置通过变流器大规模接入电网，同步发电机在系统的占比逐渐降低，从而导致电网强度不断下降，给电力系统的稳定运行带来了巨大挑战。特别的，由于“双高”电力系统具有非线性、时变性、异构性、不确定性和复杂性等特征，其稳定性的内在机理发生变化，需要构建新的控制策略来保证系统稳定运行。通过借鉴同步发电机的物理机理，不同学者在不同时期，从不同角度提出了构网型变换器的概念。相较于跟网型变换器，构网型变换器不依赖于电网频率/相位测量以实现同步，在弱电网中对频率和电压的调节更为灵活，有利于系统的稳定运行。
2、尽管如此，构网型变换器仍存在的一些不足制约着电力系统的发展。首先在暂态过程中，由于其惯性特性，即使存在平衡点，其功角的动态响应也可能存在超调的情况，越过不稳定平衡点而导致系统失稳。其次，由于电力电子器件耐受过流的能力不强，在电网发生故障时，为了避免电力电子器件过流损坏，一般会通过限流算法将输出电流限制在1.5pu左右，这样势必给控制策略带来很大的影响。并且较低的短路电流水平导致其在低电压穿越期间的无功电压支撑能力普遍低于同步机。
3、为了解决新能源快速发展带来的负面影响，不少技术成果涉及构网型新能源机组的控制策略，考虑了在诸多约束下的协调控制稳态，但是鲜有研究综合考虑暂态稳定性、电流限幅和无功支撑三个方面。为此，根据新能源并网运行发展的需求，并结合构网型新能源机组的优势，设计一种考虑无功环路和电流限
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，该方法是一种实用性强、效果好的协调暂态控制方法，该方法能够保证在相同的电网大扰动下，合理配置优化后的下垂系数，调整电流限幅模式，从而提高系统的暂态稳定性，限制输出电流和提供符合国标的无功支撑，保障构网型新能源机组并网过程中的安全稳定运行。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，包括如下步骤：
4、s1.分析考虑无功环路和电流限幅的构网型新能源机组在并网过程中的暂态特性，建立了在大扰动情况下的暂态数学模型；
5、所述步骤s1中考虑构网型新能源机组的控制策略、并网传输特性和大扰动下的交流侧暂态特性，控制策略中有功-频率控制采用虚拟同步机控制结构，生成虚拟转子相角δ，无功-电压控制采用下垂控制，生成内电势幅值e，因此，控制外环的数学模型被描述如下：
6、
7、
8、其中，j和d分别代表虚拟同步机转子惯量和阻尼系数，pe和pref分别为变换器输出有功功率和参考有功功率，qe和qref分别为变换器输出无功功率和参考无功功率，k为积分系数，dq为无功环路下垂系数，uo和un分别为构网型新能源机组输出电压和参考值；
9、根据并网传输特性，得构网型新能源发单元的输出功率的数学模型；
10、
11、
12、其中zg为线路阻抗，ug为电网电压；
13、考虑到功率外环的带宽远大于内环的带宽，其时间尺度相差为秒级，因此，在分析稳定性时认为输出电压uo可以对uref实现无差跟踪，结合大扰动下交流侧暂态特性，构网型新能源机组并网运行时的暂态数学模型表示为：
14、
15、s2.从暂态稳定性、电流强度和无功支撑三个方面定量分析故障过程中输出电压期望值，求解得到构网型新能源机组输出电压稳定边界；
16、s3.结合输出电压稳定边界和控制目标，得到协调暂态控制的优化配置参数；
17、s4.读取控制器状态参数并配置优化参数，结合上层策略调整电流限幅状态，实现构网型新能源机组协调暂态控制。
18、作为本专利技术进一步改进所述步骤s2中应用构网型新能源机组并网运行时的暂态数学模型，并考虑无功环路和电流限幅对系统暂态稳定的影响，求解得到能够满足暂态稳定性、限制电流和提供无功支撑三个条件的构网型新能源机组输出电压稳定边界如下：
19、(1)考虑暂态稳定性的边界；
20、
21、(2)考虑过电流问题的边界；
22、
23、(3)考虑无功支撑边界；
24、
25、其中，θ为变换器的功率因数角，in为额定电流有效值，由上述公式描述的约束得到构网型新能源机组输出电压指令值的稳定边界。
26、本申请所述步骤s2综合考虑了暂态稳定性、电流限幅和无功支撑三个方面，提出的稳定边界和控制目标更符合实际工况下并网运行要求。
27、作为本专利技术进一步改进，所述步骤s3中提出维持构网型新能源机组并网运行整体稳定性的控制目标如下：
28、(1)保证故障前后功角基本稳定不变；
29、(2)输出电压能在稳定边界范围内；
30、(3)提供符合国家标准的无功支撑；
31、根据构建的构网型新能源机组的数学模型，得到其输出电压指令值为：
32、
33、当电网发生故障后，由式可得，输出电压指令值与变量dq和δ相关，结合控制目标1，调节参考有功功率保证故障前后功角基本稳定不变，从而可以确定输出电压指令值是dq的唯一映射，因此结合式能够将输出电压暂态稳定边界转变为dq的设计参考标准，得到对应的协调暂态控制优化配置参数。
34、本申请所述步骤s3在实现功角稳定的前提下，将输出电压稳定边界转变为下垂系数的设计标准，实现了控制变量从状态变量到参数变量的转变，提高了所提协调暂态控制方法在工程应用中的可行性。
35、作为本专利技术进一步改进，所述步骤s4中设计电流限幅调整策略，调整电流限幅状态，在保证无功支撑的前提下，最大限度提高系统暂态稳定性；
36、电流限幅调整策略：在冲击电流过大时，提供电流限幅控制，冲击电流过后，若能保证最基本的无功支撑和电流控制，退出电流限幅，减小对暂态稳定性的影响。在进行限流模式转换时，dq需要额外满足以下条件：
37、
38、其中，uolim为限幅模式下的输出电压值；
39、最后，通过读取控制器状态参数，结合上层策略调整电流限幅状态，将优化后的下垂系数dq实时配置给数字控制器，最终实现维持暂态稳定、防止过电流和提供足够的无功支撑三个目标。
40、本申请所述步骤s4中通过求得优化后的下垂系数实时配置给数字控制器，间接控制了输出电压在稳定界限之内，并结合电流限幅调整策略，可以降低电流限幅对系统暂态稳定性的恶化影响和提高系统无功动态响应，从而提高了构网型新能源机组并网运行的暂态稳定性。
41、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
42、1)本专利技术充分考虑考虑构网型新能源机组的控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑无功环路和限幅的构网型新能源机组暂态控制方法，其特征在于：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：袁亮，胡铭欣，刘永露，刘绪斌，粟梅，禹海峰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。