[发明专利]一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略

说明书

本发明涉及交直流母线接口变换器的控制技术领域，一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略，直流子网和交流子网通过交直流母线接口变换器互联，所述直流子网和交流子网内部分别包含相应的分布式电源和负荷，直流子网内分布式电源采用虚拟同步发电机控制策略来均分负荷并平抑直流电压波动，交流子网内分布式电源采用下垂控制来均分负荷，所述交直流母线接口变换器采用传统三相电压源型变换器。交直流母线接口变换器在运行过程根据通过公式进行策略控制。

技术领域

本发明涉及交直流母线接口变换器的控制技术领域，具体为一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略。

背景技术

目前，混合微电网能够满足各种负荷的需求，已被大量学者认为是未来智能电网的主流形式。因此研究交直流混合微电网的运行控制策略，对于维持母线电压和频率稳定，实现双向潮流，提高系统的稳定性具有重要意义。交直流母线接口变换器的传统控制方法最初是以下垂控制为基础进行设计，但是下垂控制虽然存在响应速度快，电压和频率超调量大，但是也存在稳态恢复过程缓慢等缺点。因此，后续有学者将虚拟同步发电机(VSG)控制技术应用于交直流母线接口变换器之中。例如，专利“CN201711180071.4”将直流子网与交直流母线接口变换器整体等效为同步发电机为交流子网频率提供惯性支撑，优化交流子网动态性能，但是交流子网对直流子网的电压特性不存在调节能力。文献“交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略”对交直流母线接口变换器的虚拟惯性进行分析，提出了一种适用于混合微电网互联变流器潮流的柔性控制策略。但是该策略省略了高阶项，虽优化了稳态性能，但动态过程没有改善。文献“CN201610569592.8”将归一化方法与同步发电机外特性结合提出了相应VSG控制策略。但是这种控制策略虚拟惯量为常数，其动态恢复过程缓慢。文献“交直流混合微电网互联变流器改进控制策略”在下垂系数中引入交流微电网频率的倍数与直流微电网电压差值的微分量，动态增加系统惯性提高瞬态性能，但是这种方法计算量大且没有具体的动态设计优化过程，物理意义不明确。另外，频繁的功率扰动会降低交直流母线接口变换器的使用寿命，降低混合微电网运行的电能质量，因此文献“Hybrid AC–DC microgrids with energy storages and progressive energy flowtuning”、“交直流双向功率变换器的改进下垂控制策略”分别提出了一种阈值控制方法，但是传统的阈值控制策略均会导致下垂特性曲线发生偏移。专利“CN201910579096.4”在此基础上提出一种滞环比较，但是这种方法在恢复到阈值范围内时仍按照下垂曲线进行功率传输，不能有效避免功率频繁扰动带来的问题。综合以上文献，现有的双向功率变换器存在以下不足：

在发生功率双向流动过程中存在超调量大、动态恢复过程缓慢及常规死区控制存在传输功率偏差等技术问题。

发明内容

本发明创造所要解决的是传统交直流母线接口变换器控制策略在发生功率双向流动过程中存在超调量大、动态恢复过程缓慢及传输功率偏差等技术问题。本发明所采用的技术方案是：一种基于虚拟惯性的交直流母线接口变换器控制策略，直流子网和交流子网通过交直流母线接口变换器互联，所述直流子网和交流子网内部分别包含相应的分布式电源和负荷，直流子网内分布式电源采用虚拟同步发电机控制策略来均分负荷并平抑直流电压波动，交流子网内分布式电源采用下垂控制来均分负荷，所述交直流母线接口变换器采用传统三相电压源型变换器。交直流母线接口变换器在运行过程根据通过如下公式进行策略控制

其中，是指交直流母线接口变换器输出有功功率的基准值，P_IC是指交直流母线接口变换器输出有功功率的实际值，δ_IC为交直流母线接口变换器的有功下垂系数，f_p.u是指交流子网频率的实际值的标幺值，V_p.u是指直流子网电压的实际值的标幺值，是指交流子网频率的基准值的标幺值，是指直流子网电压的基准值的标幺值，J_vir是指传统虚拟同步发电机控制的虚拟惯量，C_vir是指整流过程中的虚拟惯量。