[發(fā)明專利]一種計(jì)及RoCoF的同步逆變器虛擬功率預(yù)同步控制方法

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• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN114123347A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏湘武;馬宏斌;賈焦心
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）;保定友源電力科技有限公司
• 主分類號: H02J3/44
• 分類號: H02J3/44;H02J3/48;H02J3/38
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1.一種計(jì)及RoCoF的同步逆變器虛擬功率預(yù)同步控制方法，其特征在于，所述方法通過構(gòu)建獨(dú)立虛擬功率P_syn的預(yù)同步控制環(huán)節(jié)，避免了預(yù)同步控制環(huán)路與虛擬同步機(jī)(VSG)控制環(huán)路之間的相互影響，快速有效的實(shí)現(xiàn)同步逆變器輸出側(cè)電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓幅值、頻率、相位的匹配，同時(shí)建立預(yù)同步控制小信號模型，分析控制參數(shù)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響，并依據(jù)IEEE Standard 154號電網(wǎng)同步過程標(biāo)準(zhǔn)，以頻率偏差Δf、頻率變化率(RoCoF)與調(diào)節(jié)時(shí)間為設(shè)計(jì)指標(biāo)給出參數(shù)設(shè)計(jì)流程，具體步驟如下：

步驟1：在同步逆變器輸出端與電網(wǎng)連接的隔離開關(guān)處，構(gòu)建虛擬阻抗Z_v，計(jì)算流經(jīng)虛擬阻抗的有功、無功功率P_syn、Q_syn為：

步驟2：根據(jù)虛擬有功功率P_syn，判斷隔離開關(guān)兩側(cè)電壓幅值、頻率、相位是否完全匹配，當(dāng)P_syn為0時(shí)，閉合隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)預(yù)同步控制；

步驟3：引入二次調(diào)壓控制環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)同步逆變器輸出側(cè)電壓幅值，完成隔離開關(guān)兩側(cè)電壓幅值的匹配調(diào)節(jié)；

步驟4：通過一階慣性延時(shí)環(huán)節(jié)及限幅環(huán)節(jié)，將P_syn加載至同步逆變器有功-頻率控制環(huán)路，快速調(diào)節(jié)同步逆變器輸出側(cè)電壓的頻率、相角，直至P_syn為0，完成隔離開關(guān)并網(wǎng)切換控制；

步驟5：構(gòu)建P_syn預(yù)同步控制環(huán)路的小信號模型，得出開環(huán)相位調(diào)節(jié)及閉環(huán)相位調(diào)節(jié)的傳遞函數(shù)關(guān)系，利用系統(tǒng)特征根變化軌跡圖分析參數(shù)虛擬慣性系數(shù)J_v和虛擬下垂系數(shù)D_vp改變對系統(tǒng)穩(wěn)定性及預(yù)同步控制調(diào)節(jié)時(shí)間的影響；

步驟6：依據(jù)IEEE Standard 154號電網(wǎng)同步過程標(biāo)準(zhǔn)及各個(gè)國家RoCoF觸發(fā)閾值選擇本發(fā)明所應(yīng)用頻率偏差Δf及RoCoF的閾值；

步驟7：以頻率偏差Δf、RoCoF為設(shè)計(jì)指標(biāo)，結(jié)合頻率閾值，給出預(yù)同步控制參數(shù)J_v、D_vp的取值范圍；

步驟8：結(jié)合預(yù)同步調(diào)節(jié)時(shí)間，動(dòng)態(tài)微調(diào)控制參數(shù)J_v、D_vp，給出預(yù)同步參數(shù)設(shè)計(jì)方案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及RoCoF的同步逆變器虛擬功率預(yù)同步控制方法，其特征在于，步驟6所述的閾值參數(shù)選取原則為：頻率偏差Δf及RoCoF的閾值分別為Δf|_max＝0.3Hz，RoCoF|_max＝1Hz/s，在此基礎(chǔ)上給出控制參數(shù)J_v、D_vp取值范圍，確保預(yù)同步調(diào)節(jié)時(shí)間最優(yōu)，當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)定閾值參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，所提設(shè)計(jì)方法仍適用，具有普遍適用性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及RoCoF的同步逆變器虛擬功率預(yù)同步控制方法，其特征在于，于所述步驟7中包含以下步驟：

步驟71：預(yù)同步控制系統(tǒng)的開環(huán)相位調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)ΔP_syn輸入與輸出的Δω(s)滿足典型一階慣性傳遞函數(shù)特征為：式中T＝J_v/D_vp、K＝1/ω_sD_vp；

步驟72：當(dāng)系統(tǒng)的虛擬功率輸入為限幅階躍信號P_vset時(shí)，系統(tǒng)RoCoF的時(shí)域表達(dá)式如下式所示：

步驟73：結(jié)合RoCoF閾值，可得預(yù)同步控制系統(tǒng)中虛擬慣性系數(shù)J_v的取值范圍為：

步驟74：虛擬下垂系數(shù)D_vp的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)原則為：當(dāng)電網(wǎng)電壓頻率f_g變化為1Hz時(shí)，同步逆變器輸出有功P變化率為100％，則同步逆變器空載運(yùn)行時(shí)預(yù)同步控制虛擬下垂系數(shù)D_vp計(jì)算公式如下所示，式中Δω_max＝2π·Δf_max。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及RoCoF的同步逆變器虛擬功率預(yù)同步控制方法，其特征在于，于所述步驟8中包含以下步驟：

步驟81：相位預(yù)同步調(diào)節(jié)過程中最大調(diào)節(jié)時(shí)間為：

步驟82：相位預(yù)同步調(diào)節(jié)時(shí)間分別與角頻率偏差設(shè)定值Δω_set、虛擬慣性系數(shù)J_v、虛擬下垂系數(shù)D_vp息息相關(guān)；當(dāng)Δω_set、D_vp取值越大，J_v取值越小時(shí)，系統(tǒng)的相位預(yù)同步調(diào)節(jié)時(shí)間越短，但過大的角頻率偏差Δω_set將會(huì)影響系統(tǒng)的帶載能力，不滿足頻率偏差Δf標(biāo)準(zhǔn)；為此，當(dāng)需確保相位預(yù)同步過程調(diào)節(jié)時(shí)間最少的同時(shí)使設(shè)計(jì)參數(shù)滿足頻率偏差Δf及頻率變化率RoCoF的性能指標(biāo)，參數(shù)J_v、D_vp的選取應(yīng)綜合考慮。