一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的電壓源換流器等值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的電壓源換 流器等值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬同步發(fā)電機(jī)（Virtual Sync虹onous Generator, VSG)控制，是基于同步發(fā)電 思想的逆變器控制，它的提出使新能源并網(wǎng)逆變器具有了類似發(fā)電機(jī)外特性的性質(zhì)，解決 了電壓源型換流器（Voltage Source Converter, VSC)運(yùn)行時輸出阻抗小、阻尼小、無慣性 等問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將成為日后新能源并網(wǎng)VSC控制的主要控制方式。對于采 用運(yùn)種控制后新能源并網(wǎng)VSC外特性表現(xiàn)與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣，一些經(jīng)典的傳統(tǒng)電網(wǎng)的 分析方法便可W用來分析運(yùn)些含新能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)。隨著電網(wǎng)中新能源并網(wǎng)增多，使 得電網(wǎng)換流器急劇增加，其結(jié)構(gòu)包括兩電平與模塊化多電平換流器（Mcxlular Multilevel Converter, MMC)等，系統(tǒng)的暫態(tài)過程具有很強(qiáng)的非線性特性，精確仿真超大規(guī)模交直流電 網(wǎng)的電磁暫態(tài)過程所需計算機(jī)硬件資源和仿真用時都是無法接受的。為了研究復(fù)雜系統(tǒng)實 時仿真、安全穩(wěn)定性分析和控制與保護(hù)設(shè)計，需要對其進(jìn)行局部的等值簡化。交流系統(tǒng)的同 步發(fā)電機(jī)同調(diào)等值已經(jīng)有很多文獻(xiàn)設(shè)及，而VSC的同調(diào)判別困難，參數(shù)聚合依據(jù)不明確，是 含新能源接入的大電網(wǎng)等值簡化的關(guān)鍵科學(xué)和工程實際問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述【背景技術(shù)】中提到含新能源接入的大電網(wǎng)仿真中VSC等值問題，本發(fā)明提 出利用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)，通過VSG控制使得VSC具有了類似同步發(fā)電機(jī)的功角特 性，借鑒交流系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的同調(diào)等值方法，設(shè)計了適用于VSC的類同調(diào)判據(jù)與基于 虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的VSC參數(shù)聚合方法，實現(xiàn)了類同調(diào)VSC的同調(diào)性判斷和等值。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案的特征包括W下步驟： 步驟1 :類比交流同步發(fā)電機(jī)同調(diào)判據(jù)，基于VSG控制的VSC具有的功角特性，設(shè)計符 合VSC容量與特性的類同調(diào)判據(jù)。
[000引步驟2 :根據(jù)VSC的類同調(diào)判據(jù)，將VSC分成不同的類同調(diào)群，針對兩電平VSC拓 撲結(jié)構(gòu)，進(jìn)行類同調(diào)VSC群控制參數(shù)聚合和類同調(diào)VSC群電路參數(shù)聚合。
[000引步驟3 :將兩電平VSC等值方法推廣到MMC型換流器，根據(jù)MMC拓?fù)渑c兩電平VSC 拓?fù)涞膮^(qū)別，補(bǔ)充類同調(diào)VSC群電路參數(shù)聚合方法。
[0007] 本發(fā)明通過上述=個步驟，能夠解決VSC逆變器同調(diào)難判別且等值無依據(jù)的問 題，較好的進(jìn)行VSC的等值，減小計算機(jī)仿真資源的占用，提高仿真效率。
【附圖說明】
[000引圖1為VSG控制框圖。圖中尸。。也為有功功率和無功功率整定值，化、化、巧P / 為控制器參數(shù)，W。為系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速。圖2為n臺并聯(lián)VSC電路結(jié)構(gòu)圖。圖中足,、足,、4,、 和G為VSC i的電路電阻、電感和電容參數(shù)。圖3為5臺VSC等值過程示意圖，其中1、2 和3號VSC歸為同一個類同調(diào)群，4、5號VSC歸為應(yīng)一個類同調(diào)群，分別將其等值為VSC_A 和 VSC-B。
【具體實施方式】
[0009] 下面將對本發(fā)明設(shè)及的一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的電壓源型換流器等值方 法作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及 其應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過設(shè)置合適的VSC類同調(diào)判據(jù)，對兩電平VSC和 MMC進(jìn)行參數(shù)聚合，使得系統(tǒng)等值簡化，減小系統(tǒng)仿真計算機(jī)資源占用量，提高電力系統(tǒng)分 析效率。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)： 本發(fā)明通過如下=步來實現(xiàn)： 步驟1 :類比交流同步發(fā)電機(jī)同調(diào)判據(jù)，基于VSG控制的VSC具有的功角特性，設(shè)計符 合VSC容量與特性的類同調(diào)判據(jù)。
式（1)中^〇表示擾動加入時刻，A《,、A《采示兩臺￥5(：相對于各自功角初值的差。 若在所加擾動后，不同的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的VSC同時滿足式（1)，則稱運(yùn)些VSC換 流器為類同調(diào)VSC群。
[001引步驟2 :根據(jù)VSC的類同調(diào)判據(jù)，將VSC分成不同的類同調(diào)群，針對兩電平VSC拓 撲結(jié)構(gòu)，對各個類同調(diào)VSC群分別進(jìn)行控制參數(shù)聚合和類同調(diào)VSC群電路參數(shù)聚合。
[0013] 類同調(diào)VSC群控制參數(shù)是虛擬轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的直接體現(xiàn)，在做轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程的參 數(shù)聚合時，為了保持其原來的虛擬轉(zhuǎn)子運(yùn)動特性，利用了虛擬同步發(fā)電機(jī)控制與同步發(fā)電 機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩的內(nèi)在聯(lián)系，最終體現(xiàn)為控制參數(shù)有名值疊加的過程。
式（2 )~（5 )中，乂。、Aw、Aw和足e為等值VSC控制器參數(shù)。
[0015] n臺類同調(diào)VSC接在同一母線上電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。需要將VSC的IXL濾波電 路進(jìn)行參數(shù)聚合。結(jié)合同步發(fā)電機(jī)電磁回路聚合方法來聚合VSC電路參數(shù)。n臺類同調(diào)VSC 等值后的電路形式與單臺VSC形式保持一致，電路參數(shù)即為所求的等值參數(shù)。
[0016] 步驟3 :將兩電平VSC等值方法推廣到MMC型換流器，根據(jù)MMC拓?fù)渑c兩電平VSC 拓?fù)涞膮^(qū)別，補(bǔ)充類同調(diào)MMC群電路參數(shù)聚合方法。
[0017] 基于VSG控制的MMC型換流器控制主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與兩電平VSC基本一致，只是 多了子模塊電容電壓均衡排序控制，但是運(yùn)不影響主控制器參數(shù)聚合。
[0018] 類同調(diào)MMC群電路參數(shù)較之兩電平VSC多了子模塊個數(shù)與子模塊電容容值。將 MMC子模塊電容等效為一個直流側(cè)電容
式中為直流側(cè)等效電容，^子模塊個數(shù)，句巧子模塊電容容值。電容的容值體現(xiàn) 了 MMC逆變器所能提供慣性的大小，MMC等值聚合后所能提供的慣性增大，等值MMC的等效 電容相當(dāng)于各臺MMC的等效電容的并聯(lián)，如式（7)所示。
式中Gtw為等值MMC直流側(cè)等效電容，為第i臺MMC直流側(cè)等效電容。
[0020] 等值MMC的子模塊個數(shù)為各臺MMC子模塊個數(shù)基于容量的加權(quán)后的值，如式（8)所 /J、- O
式中疋式1等效子模塊個數(shù)，若計算出來不為正整數(shù)，需要四舍五入近似為正整數(shù)值。 5*。為第冶MMC的容量，。為第冶MMC的子模塊個數(shù)。
[0022] 在得到等效子模塊個數(shù)和直流側(cè)等值電容值后，需要把直流側(cè)等效電容換算回等 值MMC的子模塊電容容值。
式中旬。。為等值MMC的子模塊電容。
[0024] 需要說明的是步驟1，2和3整體作為
【發(fā)明內(nèi)容】
，步驟3是整個體系的擴(kuò)充，保證了 系統(tǒng)中換流器拓?fù)涞亩鄻有裕?個步驟為有機(jī)的不可分割的整體。
[00巧]W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的電壓源換流器等值方法，其特征是利用虛擬同步 發(fā)電機(jī)控制（Virtual Synchronous Generator，VSG)使電壓源型換流器（Voltage Source Converter，VSC)具有了類似同步發(fā)電機(jī)的功角特性并設(shè)計VSC類同調(diào)判據(jù)，進(jìn)行VSC參數(shù) 聚合，對含VSC逆變器系統(tǒng)局部等值簡化，包括以下步驟：步驟1 :類比交流同步發(fā)電機(jī)同調(diào) 判據(jù)，基于VSG控制的VSC具有的功角特性，設(shè)計符合VSC容量與特性的類同調(diào)判據(jù)，步驟 2 :根據(jù)VSC的類同調(diào)判據(jù)，將VSC分成不同的類同調(diào)群，針對兩電平VSC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行類 同調(diào)VSC群控制參數(shù)聚合和類同調(diào)VSC群電路參數(shù)聚合，步驟3 :將兩電平VSC等值方法推 廣到模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter，MMC)，根據(jù)MMC拓?fù)渑c兩電平 VSC拓?fù)涞膮^(qū)別，將MMC子模塊電容等效為一個直流側(cè)電容，等值MMC的電容容值相當(dāng)于各 臺類同調(diào)MMC的等效電容的并聯(lián)后的容值，等值MMC的子模塊個數(shù)為各臺MMC子模塊個數(shù) 基于容量的加權(quán)后的值，得到等效子模塊個數(shù)和直流側(cè)等值電容值后，再把直流側(cè)等效電 容換算回等值MMC的子模塊電容容值，以上方法解決VSC逆變器同調(diào)難判別且等值無依據(jù) 的問題，開展VSC的等值，可以減小計算機(jī)仿真資源的占用，提高系統(tǒng)仿真效率。2. 基于權(quán)利要求1中所述的一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的電壓源換流器等值方法， 其特征是步驟1，2和3整體作為
【發(fā)明內(nèi)容】
，步驟3是整個體系的擴(kuò)充，保證了系統(tǒng)中換流器 拓?fù)涞亩鄻有?，三個步驟為有機(jī)的不可分割的整體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的電壓源型換流器等值方法，屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域。針對目前電網(wǎng)電壓源型換流器（Voltage？Source？Converter，VSC）的同調(diào)判別困難，參數(shù)聚合依據(jù)不明，無法較好的進(jìn)行等值的問題。本發(fā)明利用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制使VSC具有了類似同步發(fā)電機(jī)的功角特性，設(shè)計了合理的VSC類同調(diào)判據(jù)與類同調(diào)VSC參數(shù)聚合方法，并將等值方法由兩電平VSC擴(kuò)展到模塊化多電平換流器（Modular？Multilevel？Converter，MMC）。本發(fā)明的核心技術(shù)方案是：通過本發(fā)明設(shè)計的VSC類同調(diào)判據(jù)判斷VSC同調(diào)性，將VSC分成不同的類同調(diào)群，針對兩電平VSC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對各個類同調(diào)VSC群分別進(jìn)行控制參數(shù)聚合和類同調(diào)VSC群電路參數(shù)聚合。若換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為MMC，則增加子模塊電容及子模塊個數(shù)的參數(shù)聚合步驟以最終實現(xiàn)MMC群的等值。
【IPC分類】H02J3/38
【公開號】CN105634004
【申請?zhí)枴緾N201510272916
【發(fā)明人】許建中, 李承昱, 趙成勇
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年5月26日