基于高精度卫星授时的全电力电子电力系统的控制方法与流程

本技术涉及全电力电子电力系统，并且更具体地，涉及一种基于高精度卫星授时的全电力电子电力系统的控制方法。

背景技术：

1、同步发电机是传统电力系统的核心设备，其具有电压源特性和旋转惯性，在机组相互作用下形成了传统电力系统的频率和电压。但随着新能源发电、半导体新材料以及控制技术的快速发展，越来越多的新能源通过电力电子变流器设备向电力系统输送电能，使得电力系统的源侧发生了巨大的变化。

2、新能源的电力电子变流器设备只需实现对电网的跟随、自身的稳定运行与灵活控制，如与电网功率交换为主的跟网型变流器，通过锁相控制实现对交流电网的同步，其控制系统的快速动态响应，难以自主构建频率和电压等特性等，逐渐颠覆了传统交流系统的构建和稳定控制技术。由此可见，在“高比例新能源、高比例电力电子设备即“双高电力系统”中，变流器的控制策略会对新能源并网动态特性起到主导作用。

3、传统的变流器控制策略主要以电流控制调节功率大小，并通过锁相环跟踪电网相位，在强电网下可实现功率精准控制并获得较高的并网电能质量。然而，在电力电子高占比的电网中，系统惯量低、支撑能力不足，线路阻抗大幅波动会导致并网点电压波动甚至振荡，基于跟网型控制的变流器容易引发并网电流谐振甚至失稳。另外，在系统发生小扰动(例如：负载突变)和大扰动(例如：短路故障)时，跟网型控制的变流器无法为系统提供支撑能力，因此电流/电压谐波、不平衡以及电压波动等电能质量问题较为明显。

4、随着新能源并网技术的不断提高，未来会面临系统的源、网、荷、储全部由具有不同容量、不同带宽的多样化电力电子换流器构成，使得系统为全电力电子电力系统。在全电力电子电力系统中，不同容量、不同控制方式的电力电子变流器以“变流及控制”重塑了电力系统。该系统呈现出近零惯量、无电压/频率机械支撑基础、多时间尺度紧密耦合、毫秒甚至微秒级动态响应速度等系统特性，颠覆了传统以“机械电磁耦合”为核心的交流系统同步构建基础。目前，全电力电子电力系统稳定控制面临系统级自主电压/频率组网机理和核心技术缺失。全电力电子电力系统不再有同步机提供频率和电压的参考，因此不再需要模拟同步机惯量，频率也不必是工频，颠覆了长期以来构网型变流器的底层控制逻辑；组网方面，各变流器空间跨度大、设备数量多，在频率/电压控制及功率分配上需要依赖更合理的集中控制方案及系统分层分区，对通信网络的可靠性和系统可扩展性提出更高要求。因此现有的全电力电子电力系统的电力电子变流器存在无法在统一同步坐标系输送满足负荷需求的电能的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术提供一种基于高精度卫星授时的全电力电子电力系统的控制方法。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种基于高精度卫星授时的全电力电子电力系统的控制方法，包括：

3、利用高精度北斗卫星授时功能产生全电力电子电力系统统一的同步相角；

4、根据同步相角，将三相静止坐标系下全电力电子电力系统的变流器的数学模型经dq旋转坐标变换转换为两相直流量，设计内环控制器；

5、根据全电力电子电力系统的运行需求在定有功功率控制和定直流电压控制或者定无功功率控制和定交流电压控制之间切换外环控制策略，并通过内环控制器基于同步相角，控制电力电子变流器内各电力电子元件的开关过程，实现全电力电子电力系统的正常运行。

6、可选地，利用高精度北斗卫星授时功能产生全电力电子电力系统统一的同步相角，包括：

7、接收北斗卫星信号的第一脉冲信号，并同步采集高精度恒温晶振的第二脉冲信号；

8、利用预定赫兹的第二脉冲信号对1pps的第一脉冲信号进行分频处理，输出50hz的第三脉冲信号，并记录计数器的计数值；

9、根据第三脉冲信号每个时钟周期内的计数值，计算同步相角，其中全电力电子电力系统中变流器根据同步相角保证系统交流设备的正常运行。

10、可选地，还包括：将高精度恒温晶振输出10mhz的第二脉冲信号连接到分配的时钟上，为全电力电子电力系统提供工作的时钟信号。

11、可选地，利用预定赫兹的第二脉冲信号对1pps的第一脉冲信号进行分频处理，输出50hz的第三脉冲信号，并记录计数器的计数值，包括：

12、当检测到1pps北斗卫星信号的第一脉冲信号的上升沿时，开始计数，对预定赫兹的第二脉冲信号进行计数，计数器的计数范围为1～m/50，其中m为预定赫兹；

13、每当计数器的值为2时，计数器计数了两个时钟周期，并在第一个时钟周期的下降沿处将window电平置高，在第二个时钟周期下降沿处将window电平置低，产生一个窗口信号，窗口信号的周期为0.02s，窗口信号内的时钟上升沿即为高精度恒温晶振信号的上声沿；

14、将窗口信号与第二脉冲信号作逻辑“与”运算，实现预定赫兹的第二脉冲信号至50hz的第三脉冲信号的分频。

15、可选地，同步相角的计算公式为：

16、

17、式中，i为计数器的计数值，1≤i≤m/50+1，m为预定赫兹，当window电平置低时，计数器从1开始重新计数。

18、可选地，经dq旋转坐标变换转换为两相直流量，可得：

19、

20、式中，ugd、ugq、igd和igq分别为dq旋转坐标下的d轴电压量、q轴电压量、d轴电流量、q轴电流量；vd和vq分别为换流器桥臂中点的d轴基波电压分量和q轴基波ω电压分量；r、l分别表示两侧的电阻损耗和换流电抗器的电感；ω为根据同步相角确定的系统的角频率。

21、根据本技术的另一个方面，提供了一种基于高精度卫星授时的全电力电子电力系统的控制装置，包括：

22、产生模块，用于利用高精度北斗卫星授时功能产生全电力电子电力系统统一的同步相角；

23、设计模块，用于根据同步相角，将三相静止坐标系下全电力电子电力系统的变流器的数学模型经dq旋转坐标变换转换为两相直流量，设计内环控制器；

24、控制模块，用于根据全电力电子电力系统的运行需求在定有功功率控制和定直流电压控制或者定无功功率控制和定交流电压控制之间切换外环控制策略，并通过内环控制器基于同步相角，控制电力电子变流器内各电力电子元件的开关过程，实现全电力电子电力系统的正常运行。

25、根据本技术的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本技术上述任一方面所述的方法。

26、根据本技术的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本技术上述任一方面所述的方法。

27、从而，本技术提供一种基于高精度卫星授时的全电力电子电力系统的控制方法，根据北斗卫星信号和高精度恒温晶振信号得到全电力电子电力系统频率为50hz的同步相角θg。再根据θg，将三相静止坐标系下电力电子变流器的数学模型经dq旋转坐标变换转换为两相直流量，设计内环控制器。最后，又根据运行需求在定有功功率控制和定直流电压控制或者定无功功率控制和定交流电压控制之间切换外环控制策略，从而实现满足全电力电子电力系统的运行需求。