一种适用于柔性互联装备的混合同步控制方法与流程

本发明涉及一种适用于柔性互联装备的混合同步控制方法，属于柔性互联装备暂态稳定控制。

背景技术：

1、构网型vsc在发生大扰动时(以电网电压跌落为例)，由于电流限幅的作用使得变流器的电压源特性切换为电流源特性，这种特性切换使变流器的同步稳定特性以及失稳过程更为复杂，一种常用的避免构网型vsc在大干扰下同步失稳的控制方法是控制切换，即在变流器检测到电压跌落的故障时，将构网型控制切换到锁相环(phase-locked loop,pll)型控制，并在故障过后再切换成组网型控制，但这种方法在实际中实现较为复杂，难以保证切换过程的平滑；基于虚拟阻抗的故障限流方法使电压外环在故障下仍可有效运行，但暂态过程中投入大阻抗极大地改变了变流器的运行特性，在一些严重的电压跌落下可能失效。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有的适用于柔性互联装备的混合同步控制方法中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种适用于柔性互联装备的混合同步控制方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于柔性互联装备的混合同步控制方法，其包括采集整流侧和逆变侧运行情况下变流器出口侧输出的三相电压和三相电流；整流侧变流器采用双环控制器驱动，并将采集的三相电压经过pll锁相，双环中内环电流控制器经pi控制输出期望电压1；逆变侧变流器采用双环控制器驱动，内环电压环经pi控制输出期望电压2；所述期望电压1和期望电压2经过脉宽调制单元产生pwm脉冲信号，驱动三相桥式变流器的开通与关断，实现功率传输，其中，期望电压1为期望电压ud、uq，期望电压2为期望电压edref和eqref。

5、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述pll锁相中的锁相环三相滤波电容电压vgabc1被采样并通过park变换转换为dq分量，q轴电压由pi控制器调节，用于跟踪电网相位，得到pll的控制规律公式如下：

6、

7、其中，θpll为pll输出相位，kp和ki分别为pll中pi控制器的比例和积分系数，δωpll为pll的角速度偏差值，1/s为复频域中的积分算子，ω0为额定角频率。

8、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述pll锁相中的锁相环输入为电压的q轴分量，且锁相环的同步过程被认为是控制坐标的定向过程以及对电压相位的跟踪过程。

9、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述整流侧变流器外环为定直流电压控制器和定无功功率控制器，内环为电流内环控制器。

10、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述定直流电压控制器输入为直流电压的给定值vdcref,与直流侧电容两端的电压相比较之后经过pi控制器，输出为d轴电流参考值iodref，忽略电阻rg1以及变流器的损耗，交直流两侧的有功功率保持平衡，有功功率的公式为：

11、

12、其中，p为整流侧输出的有功功率，ugabc1为公共耦合点支路电压，ugd1表示ugabc1的d轴分量，igabc1为整流侧输出电流，igd1表示igabc1的d轴分量，pdc表示直流侧的有功功率。

13、稳态时得到：

14、

15、其中，vdc为直流母线电压，idc为直流电流；变流器交直流两侧有功功率不平衡时，直流侧电压产生波动，有功电流将向直流侧电容充放电，至直流电压稳定于一个设定值，对于定直流电压控制器，直流电压与直流电压指令值的偏差经pi调节后转换为有功电流的参考值iodref。

16、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述电流内环控制器输入分别是定直流电压控制器和定无功功率控制器的输出，经过pi控制器输出期望的电压ud、uq；电流内环控制器根据坐标系下vsc的数学模型为：

17、

18、其中，ud、uq表示vsc交流侧电压的d轴、q轴分量，rg1为电阻id1、iq1表示iabc1的d轴、q轴分量；ωlf1id1、ωlf1iq1和ugd1、ugq1以及ud、uq均影响有功电流id1、无功电流iq1；将ud、uq表示为：

19、

20、其中，

21、

22、

23、其中，lf1为整流侧的lc滤波器的电容，同时引入了耦合项δud和δuq以及解耦项u′d和u′q，u′d和u′q是关于id1、iq1的一阶微分方程，因此u′d和u′q通过对id1、iq1的pi调节得到，pi调节的表达式为：

24、

25、其中，iodref为d轴电流参考值，和分别为d轴电流id1 pi控制器的比例和积分系数，和分别为q轴电流iq1pi控制器的比例和积分系数，以u′d和u′q替换ud和uq作为变流器新的控制变量，得到变流器新的数学模型为：

26、

27、其中，rg1为电网线路阻抗，由上式得出id1和iq1仅与vsc输出电压的同轴分量有关，与异轴分量无关，实现控制上的解耦。

28、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述逆变侧变流器外环为混合同步控制器和定无功功率控制器，内环采用电压电流双环控制器。

29、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述定无功功率控制器的输入为无功功率给定值qref，与测量计算得到的无功功率比较后经过pi控制器，输出为q轴电流参考值ioqref，具体公式为：

30、

31、其中，q表示整流侧输出的无功功率，ugq1表示ugabc1的q轴分量，igq1表示igabc1的q轴分量。

32、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述混合同步控制器根据pll的控制原理和vsg有功环的控制原理将两者进行结合，将pcc处电压的q轴分量vgq2作为反馈量，经过pi控制器添加到vsg控制的有功环路中，同时引入了pll的权重参数kpll和vsg的权重参数kvsg,根据权重值改变pll和vsg有功控制环的参数。

33、作为本发明所述适用于柔性互联装备的混合同步控制方法的一种优选方案，其中：所述混合同步控制器根据pll的控制原理和vsg有功环的控制原理将两者进行结合的公式为：

34、

35、其中kpll和kvsg分别是pll和vsg的权重，δωhsc为混合同步控制的角速度偏差值，δωpll和δωvsg分别是pll和vsg的角速度偏差值，dp为有功控制环的阻尼系数，以类比同步发电机的阻尼系数，pe为有功控制环的电磁功率，即逆变器的输出有功功率，以模拟同步发电机的电磁功率，pref为有功控制环的功率参考值，j为有功控制环的虚拟惯量，k′p和k′i为pi控制器的比例和积分系数；通过调整系数k′p和k′i，使ugq2反馈环路在正常运行时不影响vsg有功控制环的功率锁相能力。

36、本发明有益效果为：本发明柔性互联装备逆变侧采用构网型vsg控制在严重电网电压跌落时发生的功角暂态失稳现象，基于混合同步控制，提出一种适用于柔性互联装备的混合同步控制方法，根据pll的控制原理和vsg有功环的控制原理将两者进行结合，根据权重值改变pll和vsg有功控制环的参数解决了控制坐标系间的切换问题，同时提高了柔性互联装备大干扰下的暂态稳定性。

37、本发明可以确保在发生严重电压暂降故障后的平衡，从而增强了柔性互联设备的暂态稳定性，而且基于混合同步控制的柔性互联装置无须控制切换易于实现，其混合pll和功率锁相的特性有潜力推广到其他控制方案中，便于实际应用，进而保障新能源并网的稳定运行。