用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统及其建立方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统及其建立方法，包括：电流调节模块、变流器以及镇定器；电流调节模块用于调节电网的给定电流；变流器用于根据镇定器发出的电压信号输出不同的输出电压值；镇定器用于抑制电压源型变流器产生的电气振荡。系统的建立方法包括：确定VSC电网的谐振频率；通过VSC电网的谐振频率设置镇定器的带通滤波器时间常数T1、T2，当电网参数发生变化时，重新计算谐振频率，并校正时间常数T1、T2；通过电气仿真构建电网模型，设置阻尼增益并验证镇定器的镇定效果。本发明能够有效抑制电压源型变流器产生的电气振荡，适用于不同电网，并能够提高可再生能源并网的稳定性。
【专利说明】
用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统及其建立方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，具体地，涉及一种用于电压源型变流器的电气振 荡镇定系统及其建立方法。
【背景技术】
[0002] 电压源型变流器(Voltage source converter，VSC)广泛应用于可再生能源发电 中的功率变换与并网。随着可再生能源在电力系统中的比重不断增加，其对电力系统动态 的影响也逐步加深。传统电力系统动态主要以同步发电机参与为主，体现为同步机转子角 的低频振荡特征。为了抑制该振荡，通常在每台同步发电机励磁调节器上增加阻尼控制器 来保证全网稳定，这种控制器称为电力系统镇定器(Power system stabilizer，PSS)〇
[0003] 由于电力系统逐渐电力电子化，其动态行为逐步从由同步机主导的功角特性向以 VSC变流器等电力电子装置主导的电气振荡特性转变。为应对这一转变，本发明提出用于电 压源型变流器的电气振荡镇定器(VSC-Power system stabilizer，VPSS)，其中英文字母 "V"强调的是该镇定器的应用背景及执行对象，即：在VSC主导的电力系统背景下，用于镇定 VSC引发的电气振荡。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于电压源型变流器的电气振 荡镇定系统及其建立方法。
[0005] 根据本发明提供的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统，包括：电流调节模 块、变流器以及镇定器；
[0006] 所述电流调节模块，用于调节电网的给定电流，并输出调节后的电流至变流器；
[0007] 所述变流器，用于根据镇定器发出的电压信号输出不同的输出电压值；
[0008] 所述镇定器，用于抑制电压源型变流器产生的电气振荡。
[0009] 优选地，所述镇定器包括:带通滤波器，镇定器输出的电压叠加到电流控制输出电 压上。
[0010] 根据本发明提供的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统的建立方法，包括如 下步骤：
[0011 ]步骤1:确定VSC电网的谐振频率；
[0012] 步骤2:通过VSC电网的谐振频率设置镇定器的带通滤波器时间常数T1、时间常数 T2,当电网参数发生变化时，重新计算谐振频率，并校正时间常数T1、时间常数T2;
[0013] 步骤3:通过电气仿真构建电网模型，设置阻尼增益KVPSS并验证镇定器的镇定效 果。
[0014] 优选地，所述步骤1包括：
[0015] 根据VSC电网结构和相应的电流控制器，确定VSC电网的谐振频率iC，计算公式如 下：
[0016]
[0017] 式中：C0S表示电网额定频率，α。表示电流环控制器带宽，￡表示电流环控制器阻尼 比，L。表示电网电容，Lj：表示电感和升压变漏感之和。
[0018] 优选地，所述步骤2包括:给出含镇定器的VSC电流控制结构图，该镇定器的输入为 变流器输出电流，镇定器内部结构为式（1.2)，输出叠加到电流调节器的输出，作为整体变 流器输出电压指令Gvpss，计算公式如下：
[0019]
[0020] 式中，KVPSS为镇定器增益，Ti、T2分别为时间常数，s表示拉普拉斯变换中的复变量， 镇定器构成带通滤波器，该滤波器能够保证振荡频率式(1.1)完全通过。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0022] 本发明中重点指出电压源型变流器与电网间存在固有谐振点，进而诱发机-网电 气振荡，该电气振荡的形成机制与目前常见的次同步振荡不同，次同步振荡主要与线路串 联补偿装置有关，而该电气振荡主要与变流器的电流控制有关。可以预见，随着可再生能源 在电力系统中的比重不断增加，以同步机主导的低频振荡模式将逐渐向以电压源型变流器 主导的电气振荡模式过渡。本发明基于以上机理，确定了描述电压源型变流器与电网间固 有谐振点的解析式，提出了用于电压源型变流器的电气振荡镇定器(VSC-Power system stabilizer，VPSS)，并给出了用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统的建立方法，能够 有效地对电压源型变流器产生的电气振荡进行抑制，且具有良好的稳定性。
【附图说明】
[0023]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0024]图1为VSC-电网研究系统结构图；
[0025]图2为含VPSS的VSC电流控制结构图；
[0026]图3为用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统建立的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0028] 根据本发明提供的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统，包括电流调节模 块、变流器以及镇定器；
[0029] 所述电流调节模块，用于调节电网的给定电流，并输出调节后的电流至变流器；
[0030] 所述变流器，用于根据镇定器发出的电压信号输出不同的输出电压值；
[0031] 所述镇定器，用于抑制电压源型变流器产生的电气振荡，保证系统稳定。其通过附 加控制回路，耦合到电流控制环路的输出电压上(图2)。
[0032] 所述镇定器包括:该镇定器包含带通滤波器(T1，T2)和阻尼增益KVPSS，镇定器的注 入为变流器的输出电流d，q轴分量，镇定器的输出为电压，叠加到电流控制输出电压上。（图 2)
[0033]根据本发明提供的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统的建立方法，包括如 下步骤(如图3):
[0034] 步骤1:确定VSC电网的谐振频率；
[0035]步骤2:通过VSC电网的谐振频率设置镇定器的带通滤波器时间常数T1、时间常数 T2,当电网参数发生变化时，重新计算谐振频率，并校正时间常数T1、时间常数T2;
[0036]步骤3:通过电气仿真构建电网模型，设置参数KVPSS，并验证镇定器的镇定效果。 [0037]如果按照以上设计的时间常数T1、时间常数T2以及KVPSS可以有效阻尼电气振荡， 则镇定有效，结束;若镇定无效，则调整镇定器的增益Kvpss参再进行电气仿真验证镇定器的 镇定效果，直到达到阻尼电气振荡的目的。
[0038] 具体地，如图1所示，ωρ11表示锁相环输出频率，下标PLL表示锁相环，《pcc表示并 网点电压频率，PCC表示并网点，ω s表示电网额定频率，表示变流器输出电压相量，表 示变流器输出电流相量表示并网点电压相量，Ls表示电网电感，表示等值电网电压 相量，哲"表示并网点电压在PLL参考系下的相量，θ ρ11表示锁相环输出相角，θρ。。表示PCC点 电压相角，表示参考电流，LT为升压变压器漏感，L gS戴维南等效电网电感（由电网短路 容量决定）
[0039] 根据以上VSC电网结构和相应的电流控制器，确定VSC电网的谐振频率 <::，计算公 式如下：
[0040]
[0041] 式中：ac为电流环控制器带宽，￡电流环控制器阻尼比，Lj：为电感和升压变漏感之 和。进一步地，通过该谐振点的确定是用于VPSS中校正器的带宽设计。
[0042] 如图2所示，给出含VPSS的VSC电流控制结构图，该镇定器的输入为变流器输出电 流，镇定器内部结构为式（1.2)，输出叠加到电流调节器的输出，作为整体变流器输出电压 指令Gvpss 〇
[0043]
[0044] 式中，Kvpss为镇定器增益，T1、T2分别为时间常数，镇定器构成带通滤波器，该滤波 器应保证振荡频率式（1.1)完全通过。
[0045] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影 响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相 互组合。
【主权项】
1. 一种用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统，其特征在于，包括：电流调节模块、 变流器以及镇定器； 所述电流调节模块，用于调节电网的给定电流，并输出调节后的电流至变流器； 所述变流器，用于根据镇定器发出的电压信号输出不同的输出电压值； 所述镇定器，用于抑制电压源型变流器产生的电气振荡。2. 根据权利要求1所述的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统，其特征在于，所述 镇定器包括:带通滤波器，镇定器输出的电压叠加到电流控制输出电压上。3. -种用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统的建立方法，其特征在于，包括如下 步骤： 步骤1:确定VSC电网的谐振频率； 步骤2:通过VSC电网的谐振频率设置镇定器的带通滤波器时间常数T1、时间常数T2,当 电网参数发生变化时，重新计算谐振频率，并校正时间常数TU时间常数T2; 步骤3:通过电气仿真构建电网模型，设置阻尼增益Kvpss并验证镇定器的镇定效果。4. 根据权利要求3所述的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统的建立方法，其特 征在于，所述步骤1包括： 根据VSC电网结构和相应的电流控制器，确定VSC电网的谐振频率〇计算公式如下：式中：cos表示电|Wj额足频卒，ac表不电沭坏捏制器带苋，ε表示电流环控制器阻尼比，L c 表示电网电容，Le表示电感和升压变漏感之和。5. 根据权利要求3或4所述的用于电压源型变流器的电气振荡镇定系统的建立方法，其 特征在于，所述步骤2包括:给出含镇定器的VSC电流控制结构图，该镇定器的输入为变流器 输出电流，镇定器内部结构为式（1.2)，输出叠加到电流调节器的输出，作为整体变流器输 出电压指令Gvpss，计算公式如下：(L2) 式中，Kvpss为镇定器增益，T1、T2分别为时间常数，s表示拉普拉斯变换中的复变量，镇定 器构成带通滤波器，该滤波器能够保证振荡频率式(1.1)完全通过。
【文档编号】H02J3/24GK105896572SQ201610345821
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】蔡旭, 张琛, 李征
【申请人】上海交通大学