[發明專利]一種電網頻率動態和電網電壓動態的優化控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202010788250.1
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111864814B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 尚磊;劉超;遲永寧;李琰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/16
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春

本發明提供一種電網頻率動態和電網電壓動態的優化控制方法及裝置，包括：根據電網頻率變化率和電網電壓變化率調節補償裝置與電網之間交換的有功/無功功率，降低電網頻率和電壓變化率；電壓變化率根據采集的電網三相電壓確定的直軸分量和電網電壓幅值確定；頻率變化率根據采集的三相電壓確定的交軸分量、電網頻率以及電網相位確定；根據頻率變化率確定有功功率指令；根據電壓變化率確定無功功率指令；基于有功功率指令和無功功率指令控制電網的功率。本發明直接產生電網頻率變化率信號，實現慣量響應控制，避免傳統慣量控制復雜的頻率微分計算和噪聲干擾，能有效降低電網頻率變化速度，優化電網頻率動態。

技術領域

本發明屬于電力電子化電力系統頻率和電壓動態控制領域，更具體地，涉及一種電網頻率動態和電網電壓動態的優化控制方法及裝置。

背景技術

頻率和電壓是電力系統最重要的兩個特征量，是衡量電力系統供電質量的重要指標，電力系統中大部分負荷的安全穩定運行依賴于穩定的電網頻率和電壓。近些年，以新能源發電、高壓直流輸電等為代表的電力電子裝備迅猛發展，其動態特性顯著不同于傳統同步發電機，表現為弱支撐性和弱抗擾性。具體表現為：(1)電力電子裝備等效旋轉慣量幾乎為零，惡化了電力系統頻率動態，不利于電網頻率穩定；(2)電力電子裝備采用高增益電流控制并網，表現為近似電流源特性，不利于電網電壓動態穩定和優化；(3)電力電子裝備耐流耐壓能力弱于傳統電磁轉換裝備，電網電壓快速變化引發的電磁動態過程威脅電力電子裝備的安全與穩定。

針對上述問題，現有改進方法一方面把電網頻率偏差(Δf)及其微分(df/dt)信號加入電力電子裝備的有功功率指令，以期望電力電子裝備參與電網調頻和模擬同步發電機的慣性響應；另一方面，將電網電壓偏差信號(ΔV)加入電力電子裝備無功功率指令，以期望電力電子裝備參與電網電壓調節；但是，仍面臨如下問題：(1)電網頻率微分計算容易受到噪聲影響；而且需先檢測電網頻率再計算微分信號，動態響應速度受限。(2)受限于電壓穩定，無法通過進一步提高電壓控制增益優化電網電壓動態。

綜上所述，現有的電力電子化電力系統頻率和電壓動態優化技術還存在較大的優化空間。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種電網頻率動態和電網電壓動態的優化控制方法及裝置，旨在解決電力系統頻率和電壓動態控制的問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供一種電網頻率動態和電網電壓動態的優化控制方法，包括如下步驟：

根據采集的電網三相電壓確定電網頻率變化率和電網電壓變化率；所述電網電壓變化率根據電網電壓的直軸分量和電網電壓幅值確定；所述電網頻率變化率根據電網電壓的交軸分量、電網頻率以及電網相位確定；

根據電網頻率變化率確定有功功率指令；

根據電網電壓變化率確定無功功率指令；

基于所述有功功率指令和無功功率指令控制補償裝置與電網交換的有功功率和無功功率，以優化電網電壓和電網頻率動態；所述補償裝置為用來控制電網頻率變化率和電網電壓變化率的裝置。

在一個可選的實施例中，所述電網電壓變化率根據電網電壓的直軸分量和電網電壓幅值確定，具體為：

對采集的電網三相電壓進行坐標變換，確定對應的電壓直軸分量；

將所述電網電壓的直軸分量和電網電壓幅值相減，并對相減的結果控制增益后得到電網電壓變化率；

其中，所述電網電壓幅值通過電網電壓變化率積分得到。

在一個可選的實施例中，所述電網頻率變化率根據電網電壓的交軸分量、電網頻率以及電網相位確定，具體為：

對采集的電網三相電壓進行坐標變換，并結合電網相位確定對應的電壓交軸分量；

對所述電壓交軸分量控制增益后得到電網頻率的變化率；