[发明专利]基于并行式广义积分器的储能变换器惯量模拟方法

说明书

针对基于二阶广义积分器‑锁频环评估频率微分信号的惯量模拟方法抑制电网电压谐波扰动能力有限的问题，本发明公开了一种基于并行式广义积分器的储能变换器惯量模拟方法。该实现方法将多个基于二阶广义积分器原理的频率自适应滤波器并行馈入至二阶广义积分器‑锁频环的控制回路中构成并行式广义积分器‑锁频环，实现电网频率微分信号的准确评估，并将电网频率微分信号直接应用于储能变换器的惯量模拟方法中，因此，本发明所提出的惯量模拟方法既能避免电网频率微分运算所引入的谐波放大的问题，又能消除电网电压中所含谐波对惯量响应性能的影响，本发明可以广泛地应用于储能变换器并网运行的系统中。

技术领域

本发明涉及一种基于并行式广义积分器的储能变换器惯量模拟方法，适用于需要并网运行的储能变换器。

背景技术

近年来，可再生能源通过快速功率变换器接口接入电网受到广泛关注，而传统功率变换器通常缺少旋转机械部件，无法为电网提供相应的惯量支撑，易导致电网的等效惯量大幅减少，给电力系统的安全可靠运行带来了严峻挑战。电网的惯量缺失往往引起两大类与频率相关的稳定性问题，其一是电力系统的频率变化率逐渐加快，其二是电力系统的频率幅值偏差不断增加。其中，过快的系统频率变化率易导致电网内的传统发电机组发生滑极与保护性跳闸，而过高的系统频率幅值偏差易引起电力系统发生低频减载、连锁故障甚至大规模停电等重大事故。为了维持或改善高渗透率电网运行的频率稳定性，需要对传统功率变换器的控制方法加以改进，以提高电网的等效惯量。

为此，人们做了各种研究，如题为“Self-tuning virtual synchronousgenerator control for improving frequency stability in autonomousphotovoltaic-diesel microgrids”，SHI Rongliang，ZHANG Xing，et al.,《Journal ofModern Power Systems and Clean Energy》，2018，6(3)，482-494(“提升光储柴独立微电网频率稳定性的自适应虚拟同步发电机控制方法”，《现代电力系统和清洁能源期刊》2018年第6卷第3期第482～494页)的文章；该文提出了通过模拟同步发电机的转子运动方程完成惯量模拟，但该控制技术的算法实现需要对传统功率变换器的控制系统进行根本性变更，且处于技术发展的初期，尚缺少与电力系统互联的实践经验。

题为“Inertia emulation in AC/DC interconnected power systems usingderivative technique considering frequency measurement effects,E.Rakhshani,P.Rodriguez,《IEEE Transactions on Power Systems》，2017，32(5)，3338-3351(“考虑频率微分测量延时的交直流互联电力系统虚拟惯量控制技术”，《IEEE学报-电力系统期刊》2017年第32卷第5期第3338～3351页)的文章；该文提出了利用锁相环检测到的频率信号进行频率微分运算，并将运算结果通过一阶低通滤波器滤波后直接加到功率变换器的电流指令上以实现惯量模拟，但易引起谐波放大的问题且滤波器所引入的延时环节制约了虚拟惯量的响应速度。

题为“A virtual synchronous control for voltage-source convertersutilizing dynamics of DC-link capacitor to realize self synchronization”，L.Huang,et al.，《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in PowerElectronics》，2017，5(4)，1565–1577(“基于直流侧电容电压动态调节原理的电压源型变换器虚拟同步控制技术”，《IEEE电力电子新兴与精选主题期刊》2017年第5卷第4期第1565～1577页)的文章；该文提出了一种通过锁相环所得频率偏差信号动态调节直流电压的方法实现惯量模拟，避免了频率微分运算，但直流侧电容的能量存储能力有限，且仅适用于直流侧电压可调的功率变换器。