[发明专利]一种复数滤波器锁相环的参数设计方法及系统

说明书

本发明提供了一种复数滤波器锁相环的参数设计方法及系统，包括以下步骤：步骤S1：建立考虑复数滤波器的锁相环小扰动特性整体模型；步骤S2：针对复数滤波器锁相环小扰动特性整体模型所包含的设计参数，设置约束条件，筛选有效参数。步骤S3：将筛选的参数用于新能源并网系统中的复数滤波器锁相环的设计，从而降低新能源并网过程中的扰动和振荡，维持锁相环的锁相速度。本发明提出的复数滤波器锁相环参数设计方法充分考虑了逆变器的稳定运行与锁相速度的工程实际需求，基于该方法设计的复数滤波器锁相环同时具备逆变器的稳定运行和快速锁相的特点，在效果上远优于传统的锁相环参数设计方法。

技术领域

本发明涉及交流发、输、配、用电领域，具体地，涉及一种复数滤波器锁相环的参数设计方法及系统。

背景技术

新能源的发电并网不仅有利于电力系统一次能源结构的调整，也有助于降发电的碳排放水平，促进电能的清洁化并网。新能源发电在电力系统中的高比例渗透已成为未来电力系统的一大特征，但受限于自然条件因素，新能源发电的随机性、不确定性、高比例性增加了系统稳定运行和调节控制的难度。在已投运的可再生能源外送系统中，以哈密-郑州直流送端风电基地为例，该基地发生了多次次/超同步振荡，严重时导致3台660MW配套火电机组跳机，使得部分风场不得不降功率运行或者停机，造成了弃风的严重后果，从而限制了可再生能源的最大化利用。

针对由可再生能源引发的扰动和振荡问题，现有的分析手段主要是阻抗法。借助系统阻抗曲线的特性，通过调整逆变器的控制参数，重塑逆变器的阻抗，进而实现振荡抑制。目前，参数调整的主要措施是减小锁相环的带宽或增加电流环带宽，其中减小锁相环带宽对振荡的抑制效果明显。然而，从经典控制理论来看，减小锁相环带宽的参数设计方法意味着锁相速度的降低，导致逆变器与电网的同步时间变长，系统的动态响应速度也明显变慢。根据现有的新能源并网标准，在系统故障期间逆变器应该满足低电压穿越要求，但是，为了抑制振荡而减小锁相环带宽的措施会显著延长准确相位的获取时间，从而导致低电压穿越失败。因此，通过减小锁相环带宽的参数设计方法虽然实现振荡抑制的策略，但是降低了锁相环的锁相速度，同时削弱了逆变器在低电压穿越期间的性能，使得逆变器不能很好地兼顾现有的新能源并网标准。

综上，现有的通过减少带宽设计锁相环参数的方法虽然能够满足系统的稳定运行，但是这种参数设计方法以牺牲锁相环速度为前提，不利于逆变器的低电压穿越。换言之，针对逆变器的稳定运行和锁相速度的两方面要求，现有的锁相环参数设计方法难以同时满足。

在张冲,王伟胜,何国庆,et al.基于序阻抗的直驱风电场次同步振荡分析与锁相环参数优化设计[J].中国电机工程学报,2017,37(23):6757-6767.文献中提到，近年来,我国西北地区发生了直驱风电场并入交流电网的次同步振荡现象，为深入研究该问题,文中采用谐波线性化方法建立典型直驱风电机组网侧变流器的正、负序阻抗模型。通过硬件控制在环方法测量直驱风电机组阻抗,利用奈奎斯特判据分析直驱风电机组并入交流电网次同步振荡的产生机理,并且提出一种锁相环控制参数优化设计方法,降低了系统次同步振荡发生的风险。最后,基于RT-lab实时仿真平台建立110台1.5MW直驱风电机组组成的风电场电磁暂态实时仿真模型,仿真结果验证理论分析的正确性。

该文献在针对新能源并网的振荡抑制中提出减小锁相环带宽的策略，该策略使得锁相环的锁相速度随之降低，导致逆变器的动态性能有所下降，极端条件下使得逆变器不能够符合低电压穿越的并网标准。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复数滤波器锁相环的参数设计方法及系统。

根据本发明提供的一种复数滤波器锁相环的参数设计方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立考虑复数滤波器的锁相环小扰动特性整体模型；

步骤S2：针对复数滤波器锁相环小扰动特性整体模型所包含的设计参数，设置约束条件，筛选有效参数。