[發明專利]一種電網主導型電壓源換流器幅相控制方法

有效

• 申請號: 202010824477.7
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111969623B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 葉華;劉垚;裴瑋;孔力
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種電網主導型電壓源換流器幅相控制方法，首先建立多類型電源動態微分與微電網代數方程，提出電網主導型電壓源換流器補償控制環，其次建立含多類型電源與換流器補償控制環的孤島交流微電網全系統動態微增率模型，進而為保證全系統動態穩定，基于微增率模型的暫態能量函數，設計補償控制環參數與調整幅相變量，從而抑制多類型電源間的功率振蕩現象。

技術領域

本發明涉及一種電網主導型電壓源換流器的控制方法。

背景技術

目前，分布式風力與光伏發電、直流負荷以及儲能裝置，一般通過電壓源換流器接入交流微電網。傳統的電壓源換流器通過鎖相環跟蹤電網頻率，相比于常規同步發電機如燃氣輪機的功角特性，表現為恒定電流源接入、最大功率輸入或輸出、無旋轉備用等特性。隨著更多電流源型換流器替代常規同步發電機，即提高新能源發電比例，減少同步發電機開機，系統整體慣量與有功旋轉備用容量降低，同時電源支撐電網電壓能力下降，這將不利于交流系統頻率穩定。

相比于電流源跟隨型換流器，電網主導型電壓源換流器及其v-f控制具有無慣性、快速響應電網動態、有功備用快速輸出等特點，能夠支撐電網運行頻率與電壓，已經獲得學術界和工業界廣泛關注。在未來很長時期內，電網主導型換流器的電源與常規同步發電機組可能共同存在于交流系統。在此背景下，如何協調電網主導型換流器與常規同步發電機組的各種控制子系統，確保交流系統的安全穩定多源協同控制是目前面臨的實際問題。

當交流電網發生接地故障、負荷恢復等大擾動時，電網主導型電壓源換流器能夠快速響應電網，并向電網提供瞬時功率支撐。與此同時，傳統同步發電機釋放慣量即轉子動能并且啟動調速器。在此期間，電網主導型電壓源換流器與傳統同步發電機功率輸出，通常缺乏協調機制，這將激發兩者間電網出現功率振蕩現象。該振蕩會導致輸電線路出現過電流，繼電保護動作，造成并網新能源發電機組脫網，傳統同步發電機跳閘，進一步造成電網電源連續損失，嚴重情況下會引起電網頻率失穩甚至電網崩潰。

為解決上述問題，可通過采集換流器并網點電壓，設計反饋控制器，安裝類似同步發電機電力系統穩定器，提高換流器的阻尼比。然而，該種方案并未從揭示功率振蕩機理出發，難以抑制換流器與傳統同步發電機間的功率振蕩。

發明內容

本發明的目的是克服現有方法的缺點，提出一種電網主導型電壓源換流器幅相控制方法。本發明能夠使電壓源換流器獨立支撐電網運行，快速抑制獨立微電網中的功率振蕩現象，實現電網主導型電壓源換流器與傳統同步發電機的協同控制運行，更好地適應高比例電力電子換流器交流電網不同的暫動態運行場景，提高交流系統孤島運行的彈性和恢復能力，抑制多類型電源間的功率振蕩，確保交流系統的動態穩定性。

本發明的電網主導型電壓源換流器幅相控制方法，首先建立多類型電源的動態微分與代數方程，建立含多類型電源孤島交流電網的動態微增率模型，其次基于微增率暫態能量函數，為保證全系統動態穩定，設計電網主導型電壓源換流器補償控制器，控制換流器幅相變量，進而抑制多類型電源間的功率振蕩。

本發明電網主導型電壓源換流器幅相控制方法具體如下：

步驟1：建立燃氣輪機和柴油同步發電機動態微分方程，并建立含v-f下垂控制器的電網主導型電壓源換流器動態微分方程。

為控制器設計方便，忽略燃氣輪機和柴油同步發電機調速器動態差異特性，建立兩者統一的動態微分方程如下：

考慮換流器有功功率測量環節的延遲效應，計算含v-f下垂控制器的換流器慣性響應時間常數為及其阻尼特性D_Pi。因此，電壓源換流器的動態微分方程可表達為：