基于虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的換流器無功控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的換流器無功控制方法及系統(tǒng)，屬于電 網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏、風(fēng)電等間歇式清潔能源在電力能源中所占的比例越來越大，其并網(wǎng)系 統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的的安全運(yùn)行帶來不可忽視的影響，新能源并網(wǎng)技術(shù)隨之獲得大量關(guān)注。常規(guī) 控制方式的電力電子換流器與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組不同，其無法提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不能為弱電 網(wǎng)提供阻尼，因而不能為配電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐。借鑒傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，基 于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電力電子換流器控制策略成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其結(jié)合儲(chǔ)能 系統(tǒng)，使換流器輸出接近于同步發(fā)電機(jī)的外特性。
[0003]當(dāng)前基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的研究主要注重于在三相對(duì)稱系統(tǒng)的應(yīng)用，電網(wǎng)或 負(fù)載不對(duì)稱條件下無法響應(yīng)負(fù)序無功調(diào)度指令或根據(jù)不平衡程度自動(dòng)提供負(fù)序無功支撐， 以協(xié)助并網(wǎng)點(diǎn)電壓的平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的的換流器無功控制方法，以 解決現(xiàn)有基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略無法為不平衡電網(wǎng)或負(fù)載提供相應(yīng)的負(fù)序無功支 撐的問題。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的換流器無功 控制方法，該控制方法包括以下步驟：
[0006] 1)采集換流器并網(wǎng)點(diǎn)的三相電壓、電感電流，并利用正負(fù)序d-q雙旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系對(duì)三 相電壓和電感電流進(jìn)行分解，得到電壓的正、負(fù)序d、q軸分量和電流的正、負(fù)序d、q軸分量以 及正、負(fù)序瞬時(shí)功率值；
[0007] 2)將正序瞬時(shí)功率值QP和電壓的正序d軸分量UdP為正序勵(lì)磁控制器模型的輸入信 號(hào)，以正序無功功率指令和負(fù)序并網(wǎng)電壓指令作為正序勵(lì)磁控制器模型的指令計(jì)算勵(lì)磁電 動(dòng)勢(shì)的幅值E1，將正序有功功率指令、機(jī)端電壓角頻率和電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)頻率輸入到正序工 頻控制器模型，經(jīng)正序工頻控制器模型計(jì)算得到同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，將負(fù)序瞬時(shí)功率 值Qn和電壓的負(fù)序d軸分量udN為負(fù)序勵(lì)磁控制器模型的輸入信號(hào)，以負(fù)序無功功率指令和 負(fù)序并網(wǎng)電壓指令作為負(fù)序勵(lì)磁控制器模型的指令計(jì)算勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E2;
[0008] 3)以得到的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E1、實(shí)時(shí)采集到并網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)頻率和同 步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩作為虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的輸入信號(hào)，通過虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的計(jì) 算，得到正序電流無功指令，以得到的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E2和實(shí)時(shí)采集到電感電流作為虛 擬同步發(fā)電機(jī)模型的輸入信號(hào)，通過虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的計(jì)算，得到負(fù)序電流無功指令；
[0009] 4)將得到正序電流無功指令和負(fù)序電流無功指令分別輸入到正序電流環(huán)控制單 元和負(fù)序電流環(huán)控制單元，結(jié)合實(shí)際的電流正負(fù)序d、q軸分量進(jìn)行計(jì)算，分別得到正序電流 和負(fù)序電流的控制量；
[0010] 5)將得到的正序電流控φ糧和負(fù)序電流控φ糧輸入到PWM控制器，PWM控制器根據(jù) 實(shí)際檢測(cè)到電感電流輸出控制信號(hào)到換流器，實(shí)現(xiàn)對(duì)換流器的控制。
[0011] 所述負(fù)序勵(lì)磁控制器模型為：
[0012] ErefN=kq(QrefN~Qn)+UrefN
[0013]其中，負(fù)序并網(wǎng)電壓指令UrefN = 0，kq為調(diào)差系數(shù)，ErefN為負(fù)序機(jī)端電壓指令，與實(shí) 測(cè)負(fù)序電壓udN比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E2,作用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的電磁 模型；
[0014] 所述正序勵(lì)磁控制器模型為：
[0015] Eref P=kq(Qref P~Qp)+Uref P
[0016] UrefP為正序并網(wǎng)電壓指令，kq為調(diào)差系數(shù)，ErefP為正序機(jī)端電壓指令，與實(shí)測(cè)正序 電壓udP比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E1，作用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的電磁模型。
[0017] 所述虛擬同步發(fā)電機(jī)模型包括電磁模型和機(jī)械模型，所述電磁模型為：
[0019] 其中，eab。為同步發(fā)電機(jī)三相電樞電勢(shì)，Uab。為定子端電壓，iab。為電樞電流，R為同 步電阻，L為同步電抗；
[0020] 所述機(jī)械模型表述為：
[0022]其中，J為同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為轉(zhuǎn)子角速度，ω〇為電網(wǎng)同步角速度， Td分別同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械、電磁和阻尼轉(zhuǎn)矩，D為阻尼系數(shù)，為同步發(fā)電機(jī)電磁功率。
[0023]所述正序功頻控制器的模型表述為：
[0025] PrefP為正序有功指令，kf為調(diào)頻系數(shù)，fo為電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)頻率，f為機(jī)端電壓頻率， 其值滿足《=2對(duì)，計(jì)算得到的機(jī)械轉(zhuǎn)矩!^乍用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械模型。
[0026]所述步驟1)中瞬時(shí)功率值的計(jì)算公式如下：
[0027]Qp=1.5udpiqp+1.5uqpidp
[0028] Qn= 1.5uqNidN-l. 5udNiqN
[0029] Pe=1.5udpidp+1.5uqpiqp
[0030] 其中Qp為正序無功功率瞬時(shí)值，Qn為負(fù)序無功功率瞬時(shí)值，udP為電壓正序d軸分 量，UqP為電壓正序q軸分量，UqN為電壓負(fù)序q軸分量，UdN為電壓負(fù)序d軸分量，iqP為電流正序q 軸分量，idp為電流正序d軸分量，idN為電流負(fù)序d軸分量，iqN為電流負(fù)序q軸分量。
[0031] 本發(fā)明還提供了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)模型的換流器無功控制系統(tǒng)，該控制系 統(tǒng)包括PWM控制器、正序控制支路和負(fù)序控制支路，所述正序控制支路包括正序勵(lì)磁控制 器、正序功頻控制器、虛擬同步發(fā)電機(jī)模型和正序電流環(huán)控制單元，所述正序勵(lì)磁控制器的 輸入端以正序無功功率指令Qrefp、正序并網(wǎng)電壓指令Urefp、正序瞬時(shí)功率值QP和實(shí)測(cè)電壓的 正序d軸分量UdP為輸入分量，經(jīng)正序勵(lì)磁控制器運(yùn)算后生成勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E1，所述正序 功頻控制器以正序無功功率指令Prefp、機(jī)端電壓角頻率和電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)頻率f〇為輸入分量， 經(jīng)正序功頻控制器運(yùn)算后生成同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm，所述虛擬同發(fā)電機(jī)模型以勵(lì)磁電 動(dòng)勢(shì)的幅值E1、同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩1"、電網(wǎng)同步角速度ω〇和換流器輸出電壓正序分量 U^P為輸入信號(hào)，用于生成正序電流無功指令；
[0032] 所述負(fù)序控制支路包括負(fù)序勵(lì)磁控制器、虛擬同步發(fā)電機(jī)模型和負(fù)序電流環(huán)控制 單元，所述負(fù)序勵(lì)磁控制器以負(fù)序瞬時(shí)功率值Qn、電壓的負(fù)序d軸分量UdN、負(fù)序無功功率指 令QrefN和負(fù)序并網(wǎng)電壓指令UrefN為輸入，用于生成勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E，所述虛擬同步發(fā)電 機(jī)模型以勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E2、和電壓負(fù)序分量1^^為輸入信號(hào)，用于生成負(fù)序電流無功 指令；
[0033] 所述HVM控制器以正序電流無功指令和負(fù)序電流無功指令為輸入信號(hào)，根據(jù)實(shí)際 檢測(cè)到電感電流輸出控制信號(hào)到換流器，實(shí)現(xiàn)對(duì)換流器的控制。
[0034]所述負(fù)序勵(lì)磁控制器模型為：
[0035]ErefN-kq(QrefN_QN)+UrefN
[0036] 其中，負(fù)序并網(wǎng)電壓指令Ure3fN = 0，kq為調(diào)差系數(shù)，ErrfN為負(fù)序機(jī)端電壓指令，與實(shí) 測(cè)負(fù)序電壓UdN比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E2,作用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的電磁 模型；
[0037]所述正序勵(lì)磁控制器模型為：
[0038] ErefP=kq(QrefP_Qp)+UrefP
[0039] UrefP為正序并網(wǎng)電壓指令，kq為調(diào)差系數(shù)，ErefP為正序機(jī)端電壓指令，與實(shí)測(cè)正序 電壓UdP比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的幅值E1，作用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的電磁模型。
[0040]所述虛擬同步發(fā)電機(jī)模型包括電磁模型和機(jī)械模型，所述電磁模型為：
[0042] 其中，eabc為同步發(fā)電機(jī)三相電樞電勢(shì)，uabc為定子端電壓，iabc為電樞電流，R為同 步電阻，L為同步電抗；
[0043]所述機(jī)械模型為：
[0045]其中，J為同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，wo為電網(wǎng)同步角速度，T^I^Td分別同步發(fā)電機(jī) 的機(jī)械、電磁和阻尼轉(zhuǎn)矩，D為阻尼系數(shù)，為同步發(fā)電機(jī)電磁功率。
[0046] 所述正序功頻控制器的模型表述為：
[0048]PrefP為正序有功指令，kf為調(diào)頻系數(shù)，fo為電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)頻率，f為機(jī)端電壓頻率， 其值滿足《