基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法及系统与流程

本发明涉及电力电子，具体为基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法及系统。

背景技术：

1、为了应对日益增长的电力需求和环境压力，电力系统正形成高比例新能源和高比例电力电子设备的发展趋势。传统同步机的占比下降，使得电力系统主要呈现为低短路比弱电网特征。

2、变流器控制模式可分为跟网型和构网型。目前变流器多采用跟网控制，需要锁相环测量并网点的相位信息，在弱电网中存在稳定问题。在系统强度弱、物理惯性低的电网中，变流器宜采用构网控制。构网型变流器可采用与同步发电机类似的功率同步策略，不需要借助锁相环便可实现同步。外特性上，以输出电压为控制目标，以电压-无功下垂曲线作为微调，支撑电网的电压，实现电网无功的协调分配；以电网频率为控制目标，以频率-有功下垂曲线作为微调，支撑电网频率的稳定，实现电网有功的协调分配；辅以储能元件时，构网型变流器可以为系统提供虚拟惯性和阻尼。

3、当电网发生波动时，构网型变流器通过改变输出电压相位/幅值以调节有功/无功功率输出，可为系统提供频率/电压支撑，且调频/调压过程的时延短、响应快。在高比例新能源的电力系统中，由于同步发电机减少而导致系统强度降低，此时变流器更宜采用构网控制方式，以减小系统频率与电压波动。对电网事件响应方面，构网型变流器具有电压源特性，瞬时响应时将保持内电势e恒定，有利于系统电压稳定性，但缺陷是导致i幅值跃升，存在过流风险。

4、传统并网逆变器关于故障穿越问题的研究已经比较成熟，因此构网型储能实现故障穿越的一种方法是在电压跌落期间由正常运行的电压源控制模式切换到传统逆变器控制模式。但传统逆变器为电流控制模式，需要利用锁相环去获得电网电压的相位。该方法依赖于电网电压的稳定，不利于弱电网中的运行，且在电压跌落期间改变了电压源的本质特性。因此在构网型控制基础上通过对控制算法的改善实现故障穿越是目前研究的重点。如何保证构网型变流器仍以电压源方式运在各类型故障工况且能满足故障穿越的要求，是当前构网型变流器的难点之一。

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、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、本发明实施例的第一方面，提供基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法，包括：采样模块采集储能变流器的电压信号和电流信号，根据电网电压值和不对称工况输出按照标准要求计算得到的正负序无功电流参考值；故障穿越模式下根据正负序有功无功电流参考值和实际电压获取新的有功功率给定值和无功功率给定值；故障穿越模式下将所述有功功率给定值和无功功率给定值接入系统控制环，通过转子机械运动方程和无功积分环节得到内电势角度和幅值；将构网型储能系统内电势减去电网正序电压后除固定虚拟阻抗值得到系统实际正序参考电流，系统实际负序参考电流为负序无功电流计算参考值；对所述系统实际正序参考电流和系统实际负序参考电流分别进行控制调整，实现对构网型储能系统故障穿越的有效控制。

4、作为本发明所述的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法的一种优选方案，其中：所述正负序无功电流参考值的计算包括，

5、当电力系统发生三相对称故障导致变流器并网点电压跌落时，变流器具备动态无功支撑能力，当变流器并网点电压低于标称电压的90％时，变流器向电网注入的无功电流为电压跌落前正常运行时的无功电流输出值i0与动态无功电流增量δit之和；

6、所述动态无功电流增量响应并网点电压变化，公式表示为：

7、δit＝k1×(0.9-ut)×in

8、其中，δit表示变流器注入的动态无功电流增量，数值为正表示输出感性无功，数值为负表示输出容性无功，k1表示变流器动态无功电流比例系数，ut表示变流器并网点电压标幺值，in表示变流器交流侧额定电流；

9、当电力系统发生三相不对称短路故障导致变流器并网点电压跌落时，变流器具备动态无功支撑能力，当变流器并网点电压正序分量在标称电压的60％～90％之间时，变流器向电网注入的正序无功电流为电压跌落前正常运行时的正序无功电流输出值与动态正序无功电流增量之和，从电网吸收的负序无功电流为电压跌落前正常运行时的负序无功电流输出值与动态负序无功电流增量之差；

10、所述动态正序无功电流增量和动态负序无功电流增量响应并网点电压变化，公式表示为：

11、

12、

13、其中，表示变流器注入的动态正序无功电流增量，表示变流器动态正序无功电流比例系数，表示变流器并网点电压正序分量标幺值，表示变流器吸收的动态负序无功电流增量，表示变流器动态负序无功电流比例系数，表示变流器并网点电压负序分量标幺值；

14、当变流器并网点电压正序分量小于标称电压的60％时，变流器在不助增并网点电压不平衡度的前提下，向电网注入正序无功电流及从电网吸收负序无功电流。

15、作为本发明所述的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法的一种优选方案，其中：还包括，

16、当检测到系统正序电压小于0.9pu，负序电压接近0且整体电压三相平衡时，确认进入对称低电压穿越工况，则所述正负序无功电流参考值的计算为：

17、

18、其中，表示正序无功电流参考值，qdrop表示故障前无功参考功率和无功下垂环共同输出无功功率，ud表示故障前电网电压，表示负序无功电流参考值；

19、负序有功电流参考值为0，正序有功电流参考值在总电流小于额定值情况下保证原数值，当总电流超过额定值时正序有功电流参考值相应缩减，计算公式为：

20、

21、其中，表示正序有功电流参考值，ie表示额定电流。

22、作为本发明所述的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法的一种优选方案，其中：还包括，

23、当检测到系统正序电压小于0.9pu，负序电压大于0且整体电压三相不平衡态时，确认进入对称低电压不对称穿越工况，则所述正负序无功电流参考值的计算为：

24、

25、负序有功电流参考值为0，正序有功电流参考值的计算与对称低电压穿越工况时的计算相同。

26、作为本发明所述的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法的一种优选方案，其中：所述新的有功功率给定值和无功功率给定值的获取包括，

27、故障穿越模式下根据正负序有功无功电流参考值和实际电压获取新的有功功率给定值和无功功率给定值，公式表示为：

28、

29、其中，pref_lv表示故障穿越模式下的有功功率给定值，表示故障穿越模式下电网电压经过正负序分解后得到的正序电压在电网角度下经过dq分解得到的d轴分量值，qref_lv表示故障穿越模式下的无功功率给定值。

30、作为本发明所述的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法的一种优选方案，其中：所述系统实际正序参考电流的计算包括，

31、将构网型储能系统内电势减去电网正序电压后除固定虚拟阻抗值得到系统实际正序参考电流，计算公式为：

32、

33、其中，表示系统实际正序参考电流，表示构网型储能系统内电势，表示系统实际正序参考电压，rv表示虚拟电阻，wlv表示虚拟电抗。

34、作为本发明所述的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法的一种优选方案，其中：包括，

35、所述系统实际正序参考电流经过dq变换得到旋转坐标系下参考电流与正序反馈dq电流经过正负序电流内环闭环pi控制，正序电流得到精准控制；

36、所述系统实际负序参考电流采用开环控制解耦后与负序电压反馈累加得到目标电压值直接送入调整系统，其中，负序调制电压的计算包括，

37、

38、其中，表示负序调制电压计算值d轴分量，表示故障穿越模式下电网电压经过正负序分解后得到的负序电压在电网角度下经过dq分解得到的d轴分量值，wlf表示装置实际电抗值，表示负序调制电压计算值q轴分量，表示故障穿越模式下电网电压经过正负序分解后得到的负序电压在电网角度下经过dq分解得到的q轴分量值，表示负序有功电流参考值。

39、本发明实施例的第二方面，提供基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制系统，包括：

40、数据采集计算单元，用于采样模块采集储能变流器的电压信号和电流信号，根据电网电压值和不对称工况输出按照标准要求计算得到的正负序无功电流参考值；

41、给定值获取单元，用于在故障穿越模式下根据正负序有功无功电流参考值和实际电压获取新的有功功率给定值和无功功率给定值；

42、实际电流计算单元，用于在故障穿越模式下将所述有功功率给定值和无功功率给定值接入系统控制环，通过转子机械运动方程和无功积分环节得到内电势角度和幅值，将构网型储能系统内电势减去电网正序电压后除固定虚拟阻抗值得到系统实际正序参考电流，系统实际负序参考电流为负序无功电流计算参考值；

43、控制调整单元，用于对所述系统实际正序参考电流和系统实际负序参考电流分别进行控制调整，实现对构网型储能系统故障穿越的有效控制。

44、本发明实施例的第三方面，提供一种设备，所述设备包括，

45、处理器；

46、用于存储处理器可执行指令的存储器；

47、所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行本发明任一实施例所述的方法。

48、本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：

49、所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的方法。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

51、本发明提供的基于动态内电势的构网型系统故障穿越控制方法及系统，保持了构网型电压源运行属性，不依靠电网锁相进一步保证了整个系统的稳定；通过调节内电势实现故障时的电流控制，保留了同步机的惯性和有功下垂环节，可以更好的支撑电网稳定。与基于虚拟阻抗的构网型故障穿越相比，本发明提供的方法节省了复杂的计算环节提高了系统稳定速度，不对称故障穿越时增加了负序电流控制，可以通过反向负序电流支撑为整个电网系统消减负序电压的影响。