一种基于虚拟同步发电机控制的电压源换流器等值方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于输配电技术领域，尤其设及一种基于虚拟同步发电机控制的电压源换 流器等值方法。
【背景技术】
[0002] 虚拟同步发电机（Virtual Sync虹onous Generator, VSG)控制，是基于同步发电 思想的逆变器控制，它的提出使新能源并网逆变器具有了类似发电机外特性的性质，解决 了电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC)运行时输出阻抗小、阻尼小、无惯性 等问题，提高了系统的稳定性，将成为日后新能源并网VSC控制的主要控制方式。对于采 用运种控制后新能源并网VSC外特性表现与传统同步发电机一样，一些经典的传统电网的 分析方法便可W用来分析运些含新能源并网的电力系统。随着电网中新能源并网增多，使 得电网换流器急剧增加，其结构包括两电平与模块化多电平换流器（Mcxlular Multilevel Converter, MMC)等，系统的暂态过程具有很强的非线性特性，精确仿真超大规模交直流电 网的电磁暂态过程所需计算机硬件资源和仿真用时都是无法接受的。为了研究复杂系统实 时仿真、安全稳定性分析和控制与保护设计，需要对其进行局部的等值简化。交流系统的同 步发电机同调等值已经有很多文献设及，而VSC的同调判别困难，参数聚合依据不明确，是 含新能源接入的大电网等值简化的关键科学和工程实际问题。
【发明内容】
[0003] 针对上述【背景技术】中提到含新能源接入的大电网仿真中VSC等值问题，本发明提 出利用虚拟同步发电机控制技术，通过VSG控制使得VSC具有了类似同步发电机的功角特 性，借鉴交流系统中同步发电机的同调等值方法，设计了适用于VSC的类同调判据与基于 虚拟同步发电机控制的VSC参数聚合方法，实现了类同调VSC的同调性判断和等值。
[0004] 本发明的技术方案的特征包括W下步骤： 步骤1 :类比交流同步发电机同调判据，基于VSG控制的VSC具有的功角特性，设计符 合VSC容量与特性的类同调判据。
[000引步骤2 :根据VSC的类同调判据，将VSC分成不同的类同调群，针对两电平VSC拓 扑结构，进行类同调VSC群控制参数聚合和类同调VSC群电路参数聚合。
[000引步骤3 :将两电平VSC等值方法推广到MMC型换流器，根据MMC拓扑与两电平VSC 拓扑的区别，补充类同调VSC群电路参数聚合方法。
[0007] 本发明通过上述=个步骤，能够解决VSC逆变器同调难判别且等值无依据的问 题，较好的进行VSC的等值，减小计算机仿真资源的占用，提高仿真效率。
【附图说明】
[000引图1为VSG控制框图。图中尸。。也为有功功率和无功功率整定值，化、化、巧P / 为控制器参数，W。为系统额定转速。图2为n台并联VSC电路结构图。图中足,、足,、4,、 和G为VSC i的电路电阻、电感和电容参数。图3为5台VSC等值过程示意图，其中1、2 和3号VSC归为同一个类同调群，4、5号VSC归为应一个类同调群，分别将其等值为VSC_A 和 VSC-B。
【具体实施方式】
[0009] 下面将对本发明设及的一种基于虚拟同步发电机控制的电压源型换流器等值方 法作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及 其应用。
[0010] 本发明所要解决的技术问题是通过设置合适的VSC类同调判据，对两电平VSC和 MMC进行参数聚合，使得系统等值简化，减小系统仿真计算机资源占用量，提高电力系统分 析效率。本发明采用如下技术方案实现： 本发明通过如下=步来实现： 步骤1 :类比交流同步发电机同调判据，基于VSG控制的VSC具有的功角特性，设计符 合VSC容量与特性的类同调判据。
式（1)中^〇表示扰动加入时刻，A《,、A《采示两台￥5(：相对于各自功角初值的差。 若在所加扰动后，不同的基于虚拟同步发电机控制的VSC同时满足式（1)，则称运些VSC换 流器为类同调VSC群。
[001引步骤2 :根据VSC的类同调判据，将VSC分成不同的类同调群，针对两电平VSC拓 扑结构，对各个类同调VSC群分别进行控制参数聚合和类同调VSC群电路参数聚合。
[0013] 类同调VSC群控制参数是虚拟转子运动方程的直接体现，在做转子运动方程的参 数聚合时，为了保持其原来的虚拟转子运动特性，利用了虚拟同步发电机控制与同步发电 机机械转矩的内在联系，最终体现为控制参数有名值叠加的过程。
式（2 )~（5 )中，乂。、Aw、Aw和足e为等值VSC控制器参数。
[0015] n台类同调VSC接在同一母线上电路结构如图2所示。需要将VSC的IXL滤波电 路进行参数聚合。结合同步发电机电磁回路聚合方法来聚合VSC电路参数。n台类同调VSC 等值后的电路形式与单台VSC形式保持一致，电路参数即为所求的等值参数。
[0016] 步骤3 :将两电平VSC等值方法推广到MMC型换流器，根据MMC拓扑与两电平VSC 拓扑的区别，补充类同调MMC群电路参数聚合方法。
[0017] 基于VSG控制的MMC型换流器控制主控制系统结构与两电平VSC基本一致，只是 多了子模块电容电压均衡排序控制，但是运不影响主控制器参数聚合。
[0018] 类同调MMC群电路参数较之两电平VSC多了子模块个数与子模块电容容值。将 MMC子模块电容等效为一个直流侧电容
式中为直流侧等效电容，^子模块个数，句巧子模块电容容值。电容的容值体现 了 MMC逆变器所能提供惯性的大小，MMC等值聚合后所能提供的惯性增大，等值MMC的等效 电容相当于各台MMC的等效电容的并联，如式（7)所示。
式中Gtw为等值MMC直流侧等效电容，为第i台MMC直流侧等效电容。
[0020] 等值MMC的子模块个数为各台MMC子模块个数基于容量的加权后的值，如式（8)所 /J、- O
式中疋式1等效子模块个数，若计算出来不为正整数，需要四舍五入近似为正整数值。 5*。为第冶MMC的容量，。为第冶MMC的子模块个数。
[0022] 在得到等效子模块个数和直流侧等值电容值后，需要把直流侧等效电容换算回等 值MMC的子模块电容容值。
式中旬。。为等值MMC的子模块电容。
[0024] 需要说明的是步骤1，2和3整体作为
【发明内容】
，步骤3是整个体系的扩充，保证了 系统中换流器拓扑的多样性，=个步骤为有机的不可分割的整体。
[00巧]W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该W权利要求的保护范围 为准。
【主权项】
1. 一种基于虚拟同步发电机控制的电压源换流器等值方法，其特征是利用虚拟同步 发电机控制（Virtual Synchronous Generator，VSG)使电压源型换流器（Voltage Source Converter，VSC)具有了类似同步发电机的功角特性并设计VSC类同调判据，进行VSC参数 聚合，对含VSC逆变器系统局部等值简化，包括以下步骤：步骤1 :类比交流同步发电机同调 判据，基于VSG控制的VSC具有的功角特性，设计符合VSC容量与特性的类同调判据，步骤 2 :根据VSC的类同调判据，将VSC分成不同的类同调群，针对两电平VSC拓扑结构，进行类 同调VSC群控制参数聚合和类同调VSC群电路参数聚合，步骤3 :将两电平VSC等值方法推 广到模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC)，根据MMC拓扑与两电平 VSC拓扑的区别，将MMC子模块电容等效为一个直流侧电容，等值MMC的电容容值相当于各 台类同调MMC的等效电容的并联后的容值，等值MMC的子模块个数为各台MMC子模块个数 基于容量的加权后的值，得到等效子模块个数和直流侧等值电容值后，再把直流侧等效电 容换算回等值MMC的子模块电容容值，以上方法解决VSC逆变器同调难判别且等值无依据 的问题，开展VSC的等值，可以减小计算机仿真资源的占用，提高系统仿真效率。2. 基于权利要求1中所述的一种基于虚拟同步发电机控制的电压源换流器等值方法， 其特征是步骤1，2和3整体作为
【发明内容】
，步骤3是整个体系的扩充，保证了系统中换流器 拓扑的多样性，三个步骤为有机的不可分割的整体。
【专利摘要】本发明涉及一种基于虚拟同步发电机控制的电压源型换流器等值方法，属于输配电技术领域。针对目前电网电压源型换流器（Voltage？Source？Converter，VSC）的同调判别困难，参数聚合依据不明，无法较好的进行等值的问题。本发明利用虚拟同步发电机控制使VSC具有了类似同步发电机的功角特性，设计了合理的VSC类同调判据与类同调VSC参数聚合方法，并将等值方法由两电平VSC扩展到模块化多电平换流器（Modular？Multilevel？Converter，MMC）。本发明的核心技术方案是：通过本发明设计的VSC类同调判据判断VSC同调性，将VSC分成不同的类同调群，针对两电平VSC拓扑结构，对各个类同调VSC群分别进行控制参数聚合和类同调VSC群电路参数聚合。若换流器拓扑结构为MMC，则增加子模块电容及子模块个数的参数聚合步骤以最终实现MMC群的等值。
【IPC分类】H02J3/38
【公开号】CN105634004
【申请号】CN201510272916
【发明人】许建中, 李承昱, 赵成勇
【申请人】华北电力大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年5月26日