[發(fā)明專利]電壓源型變流器的復(fù)合功率同步控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110449567.7
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113078683B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱淼;陳哲;侯川川;徐莉婷;蔡旭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02J3/48;H02J3/50
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種電壓源型變流器的復(fù)合功率同步控制系統(tǒng)及方法，包括：直流電壓源V_dc經(jīng)過變流器輸出電壓u，再經(jīng)過濾波器L_f與交流電源e相連，測量L_f與e連接點處公共耦合點電壓v和線路電流i；計算實際有功功率p和無功功率q；基于功率p、功率q、預(yù)設(shè)功功率p_ref以及預(yù)設(shè)無功功率q_ref，計算派克變換或派克反變換坐標變換所需的參考角度θ；根據(jù)參考角度θ將電壓v和電流i從三相靜止坐標系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系，得到變換后的v_d、v_q以及變換后的i_d、i_q；根據(jù)v_d、v_q計算電流參考值；根據(jù)i_d、i_q以及電流參考值計算PWM調(diào)制所需的參考電壓；根據(jù)參考角度θ將參考電壓從兩相旋轉(zhuǎn)坐標系變換到三相靜止坐標系，再通過PWM調(diào)制環(huán)節(jié)為變流器提供控制信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及電壓源型變流器的控制，具體地，涉及電壓源型變流器的復(fù)合功率同步控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電壓源型變流器作為分布式能源發(fā)電系統(tǒng)與薄弱電網(wǎng)、孤島系統(tǒng)連接的主流接口設(shè)備，不僅可以為所連系統(tǒng)提供無功功率支撐，具備黑啟動能力，還可以降低電纜成本。

對于電壓源型變流器，常采用的控制方法有功角控制、矢量電流控制。

功角控制相對比較簡單，且較易實現(xiàn)。它通過調(diào)節(jié)電壓源型變流器與所連系統(tǒng)之間的相角差來控制有功功率，調(diào)節(jié)電壓源型變流器的電壓幅值來控制無功功率。但其帶寬受電網(wǎng)頻率處的諧振峰限制，并且不具備限制故障電流的能力。

矢量電流控制自身即具備限制故障電流的能力，并且可以獨立控制有功功率和無功功率。為了實現(xiàn)功率的獨立解耦控制，調(diào)制信號需要與所連系統(tǒng)保持同步。最常采用的同步策略是通過鎖相環(huán)確定電網(wǎng)電壓相位。但是在薄弱電網(wǎng)或孤島情況下，鎖相環(huán)往往會跟蹤不準確，甚至出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象。即使在強電網(wǎng)環(huán)境下，隨著大量非同步電源的接入，變流器系統(tǒng)也逐漸呈現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，一系列模擬傳統(tǒng)同步機動態(tài)特性的控制方法被提出了，主要包括下垂控制和虛擬同步機控制。但是這些控制方法可能會出現(xiàn)和傳統(tǒng)同步機一樣的功率振蕩問題。功率同步控制方法忽略了所有的阻尼效果，并且只采用單次積分，可以確保足夠的相角裕度，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性；但是，當系統(tǒng)有功功率失控時，電壓源型變流器與所連系統(tǒng)的同步無法得到保證。無功功率同步控制方法可以避免這個風(fēng)險。總的來說，這些控制方法都沒有注意到有功功率與無功功率之間的耦合作用，容易導(dǎo)致同步頻率諧振的發(fā)生。

綜上，本發(fā)明同時考慮有功功率和無功功率，提出一種復(fù)合同步控制方法。通過調(diào)節(jié)有功功率與無功功率的系數(shù)，可以實現(xiàn)在任意工況下的自同步，而不再需要鎖相環(huán)。

文獻1虛擬同步機與自主電力系統(tǒng)公開了現(xiàn)在越來越多的可再生能源、電動汽車和儲能系統(tǒng)需要通過電力電子變換器接入電網(wǎng),同時,大部分的負荷也需要通過電力電子變換器接入電網(wǎng)。該文概要地介紹如何把這些電源側(cè)和負荷側(cè)的電力電子變換器控制成為虛擬同步機,以及以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)的由同步機同步機制統(tǒng)一的自主電力系統(tǒng),從而為智能電網(wǎng)接入提供一個統(tǒng)一的接口機制,使得新能源和負荷能象常規(guī)電源一樣參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)。虛擬同步機有不同的實現(xiàn)方式,該文著重介紹按電壓源運行的具有常規(guī)同步機內(nèi)部機理和外部特性的同步變流器技術(shù)及其應(yīng)用。該文獻針對電力電子變換器提出了一種虛擬同步機控制策略。該控制策略中，同步環(huán)進行了兩次積分，因此即使阻尼很大，相位裕度也不大，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。此外，在控制環(huán)中引入了阻尼系數(shù)，這反而會引起同步頻率諧振。當有功功率失控時，同步環(huán)的同步效果將會變差，甚至失效。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種電壓源型變流器的復(fù)合功率同步控制系統(tǒng)及方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種電壓源型變流器的復(fù)合功率同步控制系統(tǒng)，包括：