变流器控制系统及方法与流程

本技术涉及电力电子计术领域，具体而言，涉及一种变流器控制系统及方法。

背景技术：

1、为了实现双碳目标，未来新型电力系统中新能源等非同步机电源将会在电网中占非常高的比重。但是目前我国的电力系统尚不能支撑大规模新能源电源的接入，主要原因是随着新能源发电渗透率的提高，电力电子变流器的低惯性、无阻尼等特点将对系统的稳定运行产生负面影响，给电网的稳定运行带来挑战。在未来新能源电源为主体的新型电力系统中，随着越来越多的“无”转动惯量的新能源大规模接入，将带来功角、电压、频率、宽频谐振等稳定性方面的问题。

2、电力电子变流器具有控制灵活的特点，但是在含大规模新能源电源弱系统中，对电力电子变流器提出系统支撑的要求。为了使电网具备支撑能力，需要避免采用锁相环并使电力电子变流器具有电压源特性，典型代表是采用幅相控制(间接电流控制)或功率同步控制(包括虚拟同步机控制等)的电压源变流器。

3、cn106786733b和cn106356884b提出不同形式的虚拟同步发电机的控制系统，但均采用电流内环实现变流器控制。cn107528495b中虚拟阻抗环节引入直接电流反馈以提高变流器的抗冲击能力。但是由于控制延时的存在，现有的虚拟同步发电机控制方法的直接电流反馈会馈入谐波分量，使变流器在部分频段呈现负阻，增加出现振荡的风险；但是不采用电流闭环控制又无法解决变流器过流能力有限的问题。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本技术旨在提出一种在稳态和小扰动情况下不采用电流闭环控制的保持电压源特性的变流器控制系统及方法，实现减少振荡的风险，在稳态和暂态下均模拟与同步发电机一致的电网支撑特性，实现变流器阻抗的主动调节，提高并网适应性。

2、根据本技术的一方面，提出一种变流器控制系统，用于控制变流器模拟同步发电机，所述变流器控制系统包括功率同步控制单元、交流电压参考向量计算单元和交流电压指令产生单元，其中：

3、所述功率同步控制单元，用于模拟同步发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；

4、所述交流电压参考向量计算单元，根据内电势向量和采集的交流电压向量，产生交流电压参考向量；

5、所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令；

6、所述内电势向量根据模拟的同步发电机特性确定。

7、根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

8、根据比例系数krv,所述内电势向量edqpn以及所述交流电压向量usdqpn，计算所述交流电压参考向量ucdqpn：

9、ucdqpn＝edqpn+krv(usdqpn-edqpn)；

10、所述比例系数krv根据变流器的虚拟阻抗xv和变流器实际阻抗xr确定：

11、

12、所述内电势向量edqpn、交流电压向量usdqpn、交流电压参考向量ucdqpn均为4维向量，对应正负序上的dq轴分量；

13、任一向量xdqpn定义为：xdqpn＝[xdp,xqp,xdn,xqn]t，xdp为正序d轴分量，xqp为正序q轴分量，xdn为负序d轴分量，xqn为负序d轴分量。

14、根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

15、根据比例系数krv,所述内电势向量eαβpn以及所述交流电压向量usαβpn，计算所述交流电压参考向量ucαβpn：

16、ucαβpn＝eαβpn+krv(usαβpn-eαβpn)；

17、所述比例系数krv根据变流器的虚拟阻抗xv和变流器实际阻抗xr确定：

18、

19、所述内电势向量eαβpn、交流电压向量usαβpn、交流电压参考向量ucαβpn均为4维向量，对应正负序上的αβ轴分量；

20、任一向量xαβpn定义为：xαβpn＝[xαp，xβp，xαn，xβn]t，xαp为正序α轴分量，xβp为正序β轴分量，xαn为负序α轴分量，xβn为负序β轴分量。

21、根据一些实施例，所述虚拟阻抗xv用于模拟发电机的阻抗：

22、稳态运行时取值范围为0至1倍额定阻抗；

23、暂态运行时增大虚拟阻抗xv，使内电势保持稳定。

24、根据一些实施例，还包括交流电压控制单元avr,用于实现变流器并网点交流电压调节，输出内电势的正序d轴分量edp；其中，内电势的正序q轴分量eqp，负序d轴分量edn和负序q轴分量eqn为0。

25、根据一些实施例，还包括控制误差补偿单元，所述控制误差补偿单元配置为：

26、根据所述交流电压参考向量ucdqpn与实际变流器交流电压向量ucdppn_m的偏差，产生控制误差补偿量；

27、将所述控制误差补偿量与所述交流电压参考向量ucdqpn相加，作为变流器交流电压参考向量。

28、根据一些实施例，还包括故障限流单元，其中：

29、所述故障限流单元在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量，与所述交流电压参考向量ucdqpn叠加后作为所述变流器交流电压参考向量，控制交流电流幅值在最大交流电流幅值限值imax，方向为滞后于所述虚拟阻抗xv的电压降90度。

30、根据一些实施例，所述故障限流单元配置为在暂态过流时短时投入，所述短时投入的时间为1ms-1s。

31、根据一些实施例，所述控制系统用于直流输电变流器、储能变流器、微网变流器、光伏逆变器或风电变流器的至少一种。

32、根据本技术的另一方面，提出一种变流器控制方法，用于控制变流器模拟同步发电机，包括如前文中任一项所述的变流器控制系统：

33、所述功率同步控制单元模拟发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；

34、所述交流电压参考向量计算单元，根据内电势向量和采集的交流电压向量，根据发产生交流电压参考向量；

35、所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考值向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令；

36、所述内电势向量根据模拟的同步发电机特性确定。

37、根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

38、根据比例系数krv,内电势edqpn以及交流电压向量usdqpn，计算交流电压参考值向量ucdqpn：

39、ucdqpn＝edqpn+krv(usdqpn-edqpn)

40、所述比例系数krv根据变流器的虚拟阻抗xv和变流器实际阻抗xr确定：

41、

42、所述虚拟阻抗xv用于模拟发电机的阻抗，稳态运行时取值范围为0至1倍额定阻抗；暂态运行时增大虚拟阻抗xv，使内电势保持稳定。

43、根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

44、根据比例系数krv,所述内电势向量eαβpn以及所述交流电压向量usαβpn，计算所述交流电压参考向量ucαβpn：

45、ucαβpn＝eαβpn+krv(usαβpn-eαβpn)；

46、所述比例系数krv根据变流器的虚拟阻抗xv和变流器实际阻抗xr确定：

47、

48、所述内电势向量eαβpn、交流电压向量usαβpn、交流电压参考向量ucαβpn均为4维向量，对应正负序上的αβ轴分量；

49、任一向量xαβpn定义为：xαβpn＝[xαp，xβp，xαn，xβn]t，xαp为正序α轴分量，xβp为正序β轴分量，xαn为负序α轴分量，xβn为负序β轴分量。

50、根据一些实施例，还包括：

51、交流电压控制单元avr实现变流器并网点交流电压调节，输出内电势的正序d轴分量edp；其中，内电势的正序q轴分量eqp，负序d轴分量edn和负序q轴分量eqn为0。

52、根据一些实施例，还包括控制误差补偿单元，所述控制误差补偿单元配置为：

53、控制误差补偿单元根据所述交流电压参考向量ucdqpn与实际变流器交流电压向量ucdppn_m的偏差，产生控制误差补偿量；

54、所述控制误差补偿量与所述交流电压参考向量ucdqpn相加，作为变流器交流电压参考向量。

55、根据一些实施例，还包括：

56、故障限流单元在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量，与所述交流电压参考向量ucdqpn叠加后作为所述变流器交流电压参考向量，控制交流电流幅值在最大交流电流幅值限值imax，方向为滞后于所述虚拟阻抗xv的电压降90度。

57、根据一些实施例，所述故障限流单元配置为在暂态过流时短时投入，所述短时投入的时间为1ms-1s。

58、根据本技术的另一方面，提出一种程序产品，包括如前文中任一项所述的变流器控制系统。

59、根据本技术的另一方面，提出一种电子设备，包括如前文所述的程序产品。

60、根据本技术的一些实施例的技术方案可具有以下有益效果中的一个或多个：

61、1、本技术提供的一种变流器控制系统及方法，在稳态和小扰动情况下不采用电流闭环控制，能够有效减少振荡的风险；

62、2、本技术提供的一种变流器控制系统及方法，能够模拟与同步发电机一致电网支撑特性；

63、3、本技术提供的一种变流器控制系统及方法，在不采用电流闭环控制的情况下，能够实现变流器虚拟阻抗的主动调节，提高并网适应性，在故障时可减小故障电流；

64、4、本技术提供的一种变流器控制系统及方法，在变流器过流能力满足时，不需要配置故障限流单元；在变流器过流能力小于故障电流时，故障过流后进入暂态运行，投入故障限流单元，避免变流器过流跳闸，能够适应不同能力的变流器。

65、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。