基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法、系统及介质与流程

本发明涉及电力系统的振荡抑制技术，具体涉及一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法、系统及介质。

背景技术：

大规模的风电、光伏等新能源在并网为电力系统提供清洁电力的同时，也给电力系统的安全稳定运行带来了一定的挑战。风电、光伏等新能源一般通过基于电力电子器件的并网变换器实现不同形式的能量转换并接入交流电力系统，而并网变换器不同于传统基于铁磁元件的电气变换设备，其依靠开关的有序开合实现电量的变换，因此并网变换器的动态特性不仅受到开关动态的影响，更在很大程度上受到其控制算法的影响。并网变换器的复杂控制算法为系统运行人员理解其动态特性带来了挑战。同时，由于装备制造商在设计变换器的控制算法时一般未考虑实际电力系统的复杂电网条件，使得设计出来的控制算法无法适应实际运行系统环境，甚至接入电力系统后可能引发系统性振荡，危害电力系统的稳定运行。从国内外电网运行相关报道来看，大规模风电、光伏并网以在实际系统中引发的振荡事件，并造成了重大经济损失，故需寻求对应的振荡抑制措施。

电力系统的振荡一般由并网装备自身机械/电气特性或控制特性所引发，其振荡形式复杂多样，振荡频率范围广，特别是并网变换器所引发的振荡可达上千赫兹。针对电力系统中的各类振荡，其抑制措施也较为丰富。总的来看，振荡的抑制措施一般可从调整装置本身特性与外加阻尼装置两个方面入手，两种振荡抑制方式各有优缺点。

如申请号为cn201610060554.x的中国专利文献一种含多台风机的电力系统的阻尼控制的方法和系统，该方法通过测量风机联络线功率信号和区域间交流联络线功率信号，得到风机联络线功率波动信号序列和区域间交流联络线功率波动信号序列。而后根据上述信号序列结合电力系统的子空间状态空间辨识算法构建电力系统状态空间模型。并利用该模型选取风机装设采用相位补偿法设计的附加阻尼控制器，以提高对电力系统低频振荡的抑制效果。但是，该方法仅适应于含风电并网的电力系统。

如申请号为cn201820681809.的中国专利文献公开了一种基于储能的分布式次同步振荡抑制装置及新能源输电系统，该次同步振荡抑制装置安装在新能源电场与汇流母线之间的输电线路上，通过将该装置串接于输电线路，并根据次同步振荡阻抗信号向输电线路中注入次同步振荡阻抗电压，最终实现对系统次同步振荡的抑制。其中，储能设备用于平抑次同步振荡抑制设备中电容两端电压的波动，从而可以提高分布式次同步振荡抑制装置的抑制能力，增加抑制次同步振荡的频率范围。但是，该方法主要用于抑制新能源并网所引发的系统次同步振荡，需加装对应振荡抑制装置。

如申请号为cn201610604425.的中国专利文献公开了一种可调阻抗式分布式光伏发电集群谐振抑制系统及抑制方法，该方法在系统母线与分布式光伏发电集群并联连接在公共连接点上加装可调式阻抗，通过中央控制单元检测系统的谐振情况，当检测到系统产生谐振时，即将谐振抑制单元中的电抗器组从中间级开始依次循环投切，直至系统的并联谐振得到抑制。但是，该方法主要针对分布式光伏发电集群系统引发的谐振抑制。

目前风电/光伏、变频驱动负荷等装备的大规模并网使得系统中接入了大量的并网变换器。并网变换器给系统稳定运行带来了挑战，但其控制特性具有极强的可塑性，若能合理的设计其控制算法，则能有效的避免其带来的负面影响，甚至进一步增强电力系统的稳定运行能力。为此，基于并网变换器，针对系统中难以预测的振荡，如何实现一种可自动适应振荡频率的阻尼方法，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对电力系统振荡形式的不确定性问题，提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法、系统及介质，本发明针对电力系统中、高频段的振荡问题，提出利用并网变换器优化控制以实现对系统振荡的在线识别与自适应抑制。该方法通过对电网振荡谐波电流成分的提取，实现对系统振荡模式的识别，进而利用自适应算法调整变换器优化控制响应频带并实现对系统振荡的阻尼，本发明能够自动辨识系统振荡信息并根据辨识信息调节并网变换器控制策略以阻尼系统振荡，降低电力系统振荡风险，提高电力系统的动态稳定运行能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法，实施步骤包括：

1)采集并网变换器所连接电网的反馈电信号；

2)针对反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号；

3)针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征；

4)根据分离基频分量后的反馈电信号、振荡信号特征生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号；

5)将振荡抑制信号综合叠加到并网变换器的电流控制信号得到综合控制信号；

6)根据综合控制信号生成pwm触发脉冲信号输出至并网变换器的控制端，实现对电力系统振荡的自适应抑制。

可选地，步骤2)的详细步骤包括：

2.1)将并网变换器所连接电网的反馈电信号通过坐标正变换映射至电网同步旋转坐标系，使得基频分量被转换为直流信号；

2.2)将映射至电网同步旋转坐标系中的反馈电信号中转换为直流信号的基频分量滤除，实现反馈电信号的基频分量与其他分量的分离；

2.3)将滤除基频分量后的反馈电信号进行坐标转换映射回静止坐标系，得到分离基频分量后的反馈电信号。

可选地，步骤2.2)中将映射至电网同步旋转坐标系中的反馈电信号中转换为直流信号的基频分量滤除时，所采用的滤波器为高通滤波器或者陷波器。

可选地，步骤3)中针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征时，所述提取振荡信号特征为分离基频分量后的反馈电信号的振荡频率、或幅值、或相位。

可选地，步骤1)中采集并网变换器所连接电网的反馈电信号为反馈电压信号。

可选地，步骤1)中采集并网变换器所连接电网的反馈电信号为反馈电流信号idq；步骤2)得到分离基频分量后的反馈电信号为分离基频分量后的反馈电流信号ihdq；步骤3)中针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征时，所述提取的振荡信号特征为分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi，且提取振荡信号特征的详细步骤包括：

3.1)将分离基频分量后的反馈电流信号ihdq进行比例积分控制；

3.2)将进行比例积分控制的输出结果和预设的常量ωi求和得到振荡信号频率ω，其中预设的常量ωi为用于设定以决定优化控制在初始状态下所对应的响应频段的参数；

3.3)将振荡信号频率ω通过积分运算得到分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi，并将分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi作为提取得到的振荡信号特征。

可选地，步骤1)中采集并网变换器所连接电网的反馈电信号为反馈电流信号idq；步骤2)得到分离基频分量后的反馈电信号为分离基频分量后的反馈电流信号ihdq；步骤3)中针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征时，所述提取的振荡信号特征为分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi；步骤4)的详细步骤包括：

4.1)将分离基频分量后的反馈电流信号ihdq通过坐标正变换映射至电网同步旋转坐标系，得到直流形式的电流输出分量ihx和ihy；

4.2)针对直流形式的电流输出分量ihx和ihy进行比例变换和低通滤波，生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号；

4.3)将振荡抑制信号坐标进行坐标转换映射回静止坐标系，使其与分离基频分量后的反馈电流信号ihdq所在的坐标系相同。

本发明还提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制系统，包括：

信号采样程序单元，用于采样并网变换器所连接电网的反馈电信号；

信号预处理程序单元，用于针对并网变换器所连接电网的反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号；

振荡信号特征辨识程序单元，用于针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征；

振荡抑制信号生成程序单元，用于根据分离基频分量后的反馈电信号、振荡信号特征生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号；

信号综合程序单元，用于将振荡抑制信号综合叠加到并网变换器的电流控制信号得到综合控制信号；

信号输出程序单元，用于根据综合控制信号生成pwm触发脉冲信号输出至并网变换器的控制端，实现对电力系统振荡的自适应抑制。

本发明还提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的步骤，或该计算机设备的存储介质上存储有被编程或配置以执行所述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的计算机程序。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的计算机程序。

本发明还提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制系统，包括直流滤波电容、并网变换器、交流滤波器和控制单元，所述直流滤波电容依次通过并网变换器、交流滤波器和电网相连，所述控制单元的反馈电信号输入端和并网变换器的交流侧相连、控制输出端和并网变换器的控制端相连，所述控制单元根据收到的电流指令值和并网变换器的交流侧输入的反馈电信号进行电流控制得到电流控制信号，该控制单元被编程或配置以执行所述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的步骤；或该控制单元的存储介质上存储有被编程或配置以执行所述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明针对电力系统中、高频段的振荡问题，提出利用并网变换器优化控制以实现对系统振荡的在线识别与自适应抑制。该方法通过对电网振荡谐波电流成分的提取，实现对系统振荡模式的识别，进而利用自适应算法调整变换器优化控制响应频带并实现对系统振荡的阻尼，本发明能够自动辨识系统振荡信息并根据辨识信息调节并网变换器控制策略以阻尼系统振荡，降低电力系统振荡风险，提高电力系统的动态稳定运行能力。

2、本发明通过针对反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号，可有效分离基频分量，为提取振荡电量信息奠定基础；通过针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征，能够有效提取系统振荡信号特征，为变换器动态特性的自适应调整提供保障；通过根据分离基频分量后的反馈电信号、振荡信号特征生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号，能够实现对并网变换器动态特性的自适应调整，以提高变换器在对应频段的阻尼；通过将振荡抑制信号综合叠加到并网变换器的电流控制信号得到综合控制信号，可实现传统电流控制输出与本发明算法输出信号的综合，以实现在不改变原有传统电流控制算法的基础上调节设备特性。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例步骤2)预处理的流程示意图。

图3为本发明实施例步骤4)振荡抑制信号生成的流程示意图。

图4为本发明实施例系统的结构及模块示意图。

图例说明：1、直流滤波电容；2、并网变换器；3、交流滤波器；4、控制单元；41、信号采样程序单元；42、信号预处理程序单元；43、振荡信号特征辨识程序单元；44、振荡抑制信号生成程序单元；45、信号综合程序单元；46、信号输出程序单元；47、传统电流控制程序单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

应当理解，以下实施例仅仅用于解释本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的实施步骤包括：

1)采集并网变换器所连接电网的反馈电信号；

2)针对反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号；

3)针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征；

4)根据分离基频分量后的反馈电信号、振荡信号特征生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号；

5)将振荡抑制信号综合叠加到并网变换器的电流控制信号得到综合控制信号；

6)根据综合控制信号生成pwm触发脉冲信号输出至并网变换器的控制端，实现对电力系统振荡的自适应抑制。

如图2所示，本实施例步骤2)的详细步骤包括：

2.1)将并网变换器所连接电网的反馈电信号通过坐标正变换映射至电网同步旋转坐标系，使得基频分量被转换为直流信号；

2.2)将映射至电网同步旋转坐标系中的反馈电信号中转换为直流信号的基频分量滤除，实现反馈电信号的基频分量与其他分量的分离；

2.3)将滤除基频分量后的反馈电信号进行坐标转换映射回静止坐标系，得到分离基频分量后的反馈电信号。

本实施例中，步骤2.2)中将映射至电网同步旋转坐标系中的反馈电信号中转换为直流信号的基频分量滤除时，所采用的滤波器为高通滤波器。需要指出的是，图2仅给出了一种信号预处理(针对反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号)的方法，其他用于分离基波的滤波算法，如陷波器，也可用于实现信号预处理，即：针对反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号。

步骤3)中针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征时，所述提取振荡信号特征为分离基频分量后的反馈电信号的振荡频率、或幅值、或相位。

步骤1)中采集并网变换器所连接电网的反馈电信号为反馈电压信号或反馈电流信号。

作为一种具体的实施方式，本实施例中步骤1)中采集并网变换器所连接电网的反馈电信号为反馈电流信号idq；步骤2)得到分离基频分量后的反馈电信号为分离基频分量后的反馈电流信号ihdq；步骤3)中针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征时，所述提取的振荡信号特征为分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi，且提取振荡信号特征的详细步骤包括：

3.1)将分离基频分量后的反馈电流信号ihdq进行比例积分控制；

3.2)将进行比例积分控制的输出结果和预设的常量ωi求和得到振荡信号频率ω，其中预设的常量ωi为用于设定以决定优化控制在初始状态下所对应的响应频段的参数；

3.3)将振荡信号频率ω通过积分运算得到分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi，并将分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位θi作为提取得到的振荡信号特征。

作为一种具体的实施方式，如图3所示，本实施例中步骤4)的详细步骤包括：

4.1)将分离基频分量后的反馈电流信号ihdq通过坐标正变换映射至电网同步旋转坐标系，得到直流形式的电流输出分量ihx和ihy；

4.2)针对直流形式的电流输出分量ihx和ihy进行比例变换和低通滤波，生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号，即：ecxy；

4.3)将振荡抑制信号坐标进行坐标转换映射回静止坐标系，使其与分离基频分量后的反馈电流信号ihdq所在的坐标系相同，即得到：ecdq。

参见图3，本实施例步骤4.2)中针对直流形式的电流输出分量ihx和ihy进行比例变换和低通滤波时采用的处理数学表达式如式(1)所示：

rv/(tus+1)(1)

式(1)中，rv表示比例放大的系数，tu表示低通滤波时间常数，s为输入量；

本实施例中，步骤2.1)以及步骤4.1)中通过坐标正变换映射至电网同步旋转坐标系的转换矩阵为c2s/2r，其数学表达式如式(2)所示；本实施例中，步骤2.3)以及步骤4.13)中进行坐标转换映射回静止坐标系的转换矩阵为c2r/2s，其数学表达式如式(3)所示；

式(2)和式(3)中，θi表示根据分离基频分量后的反馈电流信号ihdq的相位。

此外，本实施例还提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制系统，包括：

信号采样程序单元41，用于采样并网变换器所连接电网的反馈电信号；

信号预处理程序单元42，用于针对并网变换器所连接电网的反馈电信号分离基频分量，得到分离基频分量后的反馈电信号；

振荡信号特征辨识程序单元43，用于针对分离基频分量后的反馈电信号提取振荡信号特征；

振荡抑制信号生成程序单元44，用于根据分离基频分量后的反馈电信号、振荡信号特征生成用于调整并网变换器各个控制支路的响应带宽以改变并网变换器对应频段动态特性并实现对电力系统振荡自适应抑制的振荡抑制信号；

信号综合程序单元45，用于将振荡抑制信号综合叠加到并网变换器的电流控制信号得到综合控制信号；

信号输出程序单元46，用于根据综合控制信号生成pwm触发脉冲信号输出至并网变换器的控制端，实现对电力系统振荡的自适应抑制。

本实施例中，并网变换器的电流控制信号是控制单元4中现有的传统电流控制程序单元47利用现有的电流控制策略得到，此外也可以通过外部的处理器给出并网变换器的电流控制信号的方式来满足信号综合程序单元45的工作需要，由于具体如何获取并网变换器的电流控制信号不在本实施例讨论之列，故不将其列在上述系统之内。

需要说明的是，上述程序单元既可以在单个微处理器中实现，也可以通过多个微处理器结合微处理器之间的数据通信来实现。

此外，本实施例还提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行前述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的步骤，或该计算机设备的存储介质上存储有被编程或配置以执行前述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的计算机程序。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行前述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的计算机程序。

此外，参见图4，本实施例还提供一种基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制系统，包括直流滤波电容1、并网变换器2、交流滤波器3和控制单元4，直流滤波电容1依次通过并网变换器2、交流滤波器3和电网相连，控制单元4的反馈电信号输入端和并网变换器2的交流侧相连、控制输出端和并网变换器2的控制端相连，控制单元4根据收到的电流指令值和并网变换器2的交流侧输入的反馈电信号进行电流控制得到电流控制信号，其特征在于，该控制单元4被编程或配置以执行前述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的步骤；或该控制单元4的存储介质上存储有被编程或配置以执行前述基于并网变换器的电力系统振荡自适应抑制方法的计算机程序。

需要说明的是，控制单元4根据收到的电流指令值和并网变换器2的交流侧输入的反馈电信号进行电流控制得到电流控制信号为并网变换器2的现有电流控制策略，用于实现变换器中的电流控制，其控制算法的具体实现包括但不限于基于锁相同步坐标系的双pi控制、静止坐标系下的比例谐振控制、bang-bang控制等。

参见图2，本实施例信号采样程序单元41用于采集电网电量信息，经信号滤波、变换后反馈至各个程序单元，包括用于根据收到的电流指令值和并网变换器2的交流侧输入的反馈电信号进行电流控制得到电流控制信号的传统电流控制程序单元47。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。