[发明专利]基于虚拟同步发电机模型的换流器无功控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟同步发电机模型的换流器无功控制方法及系统，属于电网控制技术领域。

背景技术

随着光伏、风电等间歇式清洁能源在电力能源中所占的比例越来越大，其并网系统对配电网的的安全运行带来不可忽视的影响，新能源并网技术随之获得大量关注。常规控制方式的电力电子换流器与传统同步发电机组不同，其无法提供转动惯量，不能为弱电网提供阻尼，因而不能为配电网提供电压和频率支撑。借鉴传统同步发电机的运行特性，基于虚拟同步发电机算法的电力电子换流器控制策略成为当前的一个研究热点，其结合储能系统，使换流器输出接近于同步发电机的外特性。

当前基于虚拟同步发电机控制的研究主要注重于在三相对称系统的应用，电网或负载不对称条件下无法响应负序无功调度指令或根据不平衡程度自动提供负序无功支撑，以协助并网点电压的平衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟同步发电机模型的的换流器无功控制方法，以解决现有基于虚拟同步发电机控制策略无法为不平衡电网或负载提供相应的负序无功支撑的问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种基于虚拟同步发电机模型的换流器无功控制方法,该控制方法包括以下步骤：

1)采集换流器并网点的三相电压、电感电流，并利用正负序d-q双旋转坐标系对三相电压和电感电流进行分解，得到电压的正、负序d、q轴分量和电流的正、负序d、q轴分量以及正、负序瞬时功率值；

2)将正序瞬时功率值Q_P和电压的正序d轴分量u_dP为正序励磁控制器模型的输入信号，以正序无功功率指令和正序并网电压指令作为正序励磁控制器模型的指令计算励磁电动势的幅值E1，将正序有功功率指令、机端电压角频率和电网电压基准频率输入到正序工频控制器模型，经正序工频控制器模型计算得到同步发电机的机械转矩，将负序瞬时功率值Q_N和电压的负序d轴分量u_dN为负序励磁控制器模型的输入信号，以负序无功功率指令和负序并网电压指令作为负序励磁控制器模型的指令计算励磁电动势的幅值E2；

3)以得到的励磁电动势的幅值E1、实时采集到并网电压、电网电压基准频率和同步发电机的机械转矩作为虚拟同步发电机模型的输入信号，通过虚拟同步发电机模型的计算，得到正序电流无功指令，以得到的励磁电动势的幅值E2和实时采集到电感电流作为虚拟同步发电机模型的输入信号，通过虚拟同步发电机模型的计算，得到负序电流无功指令；

4)将得到正序电流无功指令和负序电流无功指令分别输入到正序电流环控制单元和负序电流环控制单元，结合实际的电流正负序d、q轴分量进行计算，分别得到正序电流和负序电流的控制量；

5)将得到的正序电流控制量和负序电流控制量输入到PWM控制器，PWM控制器根据实际检测到电感电流输出控制信号到换流器，实现对换流器的控制。

所述负序励磁控制器模型为：

E_refN＝k_q(Q_refN-Q_N)+U_refN

其中，负序并网电压指令U_refN＝0，k_q为调差系数，E_refN为负序机端电压指令，与实测负序电压u_dN比较后经PI调节器得到励磁电动势的幅值E2，作用于虚拟同步发电机的电磁模型；

所述正序励磁控制器模型为：

E_refP＝k_q(Q_refP-Q_P)+U_refP

U_refP为正序并网电压指令，k_q为调差系数，E_refP为正序机端电压指令，与实测正序电压u_dP比较后经PI调节器得到励磁电动势的幅值E1，作用于虚拟同步发电机的电磁模型。

所述虚拟同步发电机模型包括电磁模型和机械模型，所述电磁模型为：

其中，e_abc为同步发电机三相电枢电势，u_abc为定子端电压，i_abc为电枢电流，R为同步电阻，L为同步电抗；

所述机械模型表述为：