[发明专利]一种具有参与系统低频振荡抑制功能的逆变器控制器

说明书

本发明公开了一种具有参与系统低频振荡抑制功能的逆变器控制器，所述逆变器控制器包括dq变换单元、逆变器输出功率和端电压计算单元、无功电压单元、模拟同步发电机的有功频率单元、虚拟转动惯量自适应调整单元、虚拟阻尼系数自适应调整单元、dq反变换和脉宽调制单元，所述逆变器控制器通过模拟同步发电机的转动方程，并根据虚拟角频率和逆变器输出功率微分的大小及正负符号自适应地改变虚拟转动惯量和阻尼系数。有利于抑制系统低频振荡，改善电力系统的稳定性。本发明所述逆变器控制器充分考虑了虚拟阻尼系数的自适应调整，以适应易振荡环境下的逆变器的运行控制。

技术领域

本发明涉及电力电子逆变器，具体涉及一种具有参与系统低频振荡抑制功能的逆变器控制器。

背景技术

鉴于能源、环保和供电可靠性的压力，分布式发电(DG：Distributed Generation)和可再生能源发电技术成为电力领域的研究热点。电力电子逆变器作为一种直流电到交流电的电能转换设备，在光伏，风电，储能等领域得到了广泛应用。但和传统的同步发电机相比，逆变器虽然具有结构简单、控制灵活、成本低廉和使用方便等优点，但也存在着过载能力差、响应速度快和几乎不存在惯性等缺点。传统的同步发电机本身具有一定的转动惯量，而这种转动惯量在频率稳定中起着重要的作用。如，当输出功率变化或负荷突变时，在转子旋转方程的作用下，同步发电机通过调节自身转子转速改变了转子储存的动能，进而调节注入电网的电功率，避免了注入电网功率快速变化的局面，有利于系统频率稳定。因此，相比之下，缺乏物理的旋转转子、全为电路的逆变器因惯性的缺失容易导致逆变器输出功率地快速变化，不利于系统的频率稳定。

针对上述不足，近10年来，逆变器领域的研究人员提出了一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术。其核心思想是将同步发电机转子运动方程引入到逆变器的控制策略中。这样，当逆变器遭遇扰动时，这个虚拟引入的转子运动方程可以明显地减慢逆变器输出功率变化的速度，模拟了同步发电机转子转动惯量的作用。但这种技术在增加系统惯性的同时，也继承了同步发电机转子易振荡的特性。从功角稳定的角度，有必要采取进一步的措施防范系统失稳的风险。针对此问题，结合逆变器参数灵活可控的特点，学界从转动惯量和阻尼系数的自适应控制角度提出了一系列的控制措施。有人提出了一种仅仅根据VSG自己虚拟角频率的变化率dω/dt就调整虚拟转子惯量的VSG控制算法。即，若dω/dt超过了某一阈值，则增加虚拟的转动惯量J，反之则减少。但这种自适应控制策略没有考虑虚拟阻尼系数的自适应调整。也有人从同步发电机的二阶模型，推导出转动惯量J与阻尼系数D对超调、阻尼、响应时间、自然频率、阻尼比等指标的数学关系，并将这种内在联系转化为VSG虚拟转子dω/dt的正负号、转速偏差△ω与转动惯量J、阻尼系数D的对应关系来实现自适应地调整。但在VSG中，这些方法中利用dω/dt及△ω为一个虚拟的转动惯量，仅存在于逆变器的控制算法之中，并非一个真正存在的物理量。且ω及dω/dt的大小，和控制器参数的选取密切相关。例如，假设网侧的振荡过程是一样的，但逆变器设定的虚拟转动惯量不同，就可以获得不同的ω及dω/dt。因此，用它们来描述系统的动态过程并用以调整逆变器的控制器参数，未必客观且准确。与之对应的情况是，在同步发电机的PSS中会利用ω的变化来抑制系统的振荡。因为在同步发电机中，ω是一个真正存在的物理量，其微分能够反映了同步发电机转子加速和减速的情况，代表同步发电机转子中动能的变化，间接反映同步发电机注入电网的电功率的变化情况。因此，能否利用逆变器与电网侧真正存在的物理上的联系，来实现易振荡环境下逆变器的自适应控制，成为一个需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有参与系统低频振荡抑制功能的逆变器控制器，本发明所述逆变器控制器充分考虑了虚拟阻尼系数的自适应调整，以适应易振荡环境下的逆变器的运行控制。

本发明通过下述技术方案实现：