基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化方法及装置

本发明涉及变流器控制领域，具体涉及一种基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化方法及装置。

背景技术：

1、近年来，随着风、光等可再生能源大规模的接入电网，电力系统正形成高比例新能源和高比例电力电子设备(即“双高”)的发展趋势。并网变流器在“双高”电力系统中作为关键的电力交互接口和转换单元，实现源网荷之间的能量调控。大规模跟网型变流器接入电网，深刻地影响了电力系统的动态特性。随着新能源渗透率的不断提升，同步发电机占比不断下降，系统电网强度进一步减弱，跟网型变流器在低短路比电网下屡次引起中低频振荡问题。为解决上述问题，外特性表现为电压源的构网型变流器被考虑更广泛地应用于“双高”电力系统中。构网型变流器通过模拟同步发电机转子动态特性实现同步，因此具有与同步机相似的惯量和阻尼特性，可以为电网提供频率支撑。可以预见，在不久的未来，更多的构网型变流器将投入系统中运行。

2、然而，构网型变流器具备电压源特性，当其工作于并网模式时相当于电压源并联，电网强度越强意味着电压源之间的阻抗越低，更不利于系统的稳定，所以构网型变流器接入低阻抗电网引起稳定性问题是普遍存在的现象，亟需解决。目前有一些发明专利也涉及了构网型变流器稳定性优化的控制方法。例如公告号cn202211042360.9公开了一种面向弱电网基于pq补偿的构网型变流器控制方法及系统，根据补偿后输出电流给定值和并网点电压正负序分量，基于正负序电流内环控制获得电压给定值，抑制故障期间系统过电流，实现低电压穿越，抑制不对称故障期间功率二倍工频振荡，提升故障期间的系统稳定性，然而没有考虑低阻抗强电网的工况。公告号cn202310576222.7提出了一种基于附加阻尼的构网型变流器控制方法，根据预先计算的电网电压跌落后功角最大值，与稳定平衡点功角的大小关系设计调节系数，减小甚至消除功角超调，使系统快速恢复新的稳定状态，从而增强构网型变流器的暂态稳定性，但同样也没有考虑低阻抗强电网小扰动的情况。因此，早期专利往往忽视了构网型变流器低阻抗强电网小扰动稳定性的情况，也没有发掘出构网型变流器内电势相位和幅值交叉补偿的方法，不利于其稳定性的提升。

3、与跟网型截然不同的是，构网型变流器在高阻抗弱电网下表现出良好的稳定性，反而在低阻抗强电网下会出现不稳定现象。构网型变流器接入强电网时，输电线路阻抗较小，相当于两个电压源直接并联运行的工况，两个电压源通过公共连接点产生强耦合作用，构网能力较弱的一方会先出现失稳问题，从而影响整个系统。因此，高比例构网型变流器大规模接入交流电网存在一定的失稳风险。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化方法和装置，解决了现有技术忽略低阻抗强电网小扰动下构网型变流器的稳定性的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：利用构网型变流器将直流电转换为三相交流电，并采集电路信号，所述电路信号包括三相电压和三相电流信号；

4、步骤s2：利用低通滤波器对所述电路信号进行低通滤波，得到滤波后的电路信号；

5、步骤s3：根据所述滤波后的电路信号，计算电路的瞬时功率信号，所述瞬时功率信号包括瞬时有功功率信号和瞬时无功功率信号；

6、步骤s4：将功率设定值与所述瞬时功率信号进行比较，得到功率偏差值，根据所述功率偏差值得到电路的输出频率和输出电压，根据频率设定值和电压设定值对所述输出频率和输出电压进行交叉补偿，得到变流器的内部电压幅值信号和内部电压参考同步相位信号；

7、步骤s5：信号调制系统根据所述内部电压参考同步相位信号与所述内部电压幅值信号，生成脉冲信号；

8、步骤s6：调整所述脉冲信号的周期和占空比，从而控制构网型变流器的内电势，提高构网型变流器的稳定性。

9、优选地，步骤s3中计算电路的瞬时功率信号的方法包括：将滤波后的三相电压信号和滤波后的三相电流信号，从三相旋转坐标系转换成两相静止坐标系，并通过以下公式计算所述两相静止坐标系中的瞬时功率信号：

10、p＝vgαioα+vgβioβ

11、q＝vgαioα-vgβioβ；

12、

13、式中，vgα、vgβ分别为α轴电网电压，β轴电网电压；ioα、ioβ分别为α轴电网电流，β轴电网电流；vmag为电网电压幅值。

14、优选地，步骤s4包括以下步骤：

15、步骤s41：对所述瞬时功率信号进行同步控制，得到角频率信号和电压信号；

16、步骤s42：对所述角频率信号和电压信号进行交叉补偿，得到参考角频率信号和电压幅值误差信号；

17、步骤s43：对所述参考角频率信号和电压幅值误差信号进行积分计算，得到内部电压参考同步相位信号和内部电压幅值信号。

18、进一步地，步骤s41中对所述瞬时功率信号进行同步控制的方法包括：

19、步骤s411：将所述瞬时有功功率信号与有功功率设定值相减得到有功功率误差信号，将所述瞬时无功功率信号与无功功率设定值相减得到无功功率误差信号；

20、步骤s412：根据所述有功功率误差信号，对输出频率进行频率控制，得到角频率信号，根据所述无功功率误差信号，对输出电压进行电压控制，得到电压信号。

21、步骤s42中对所述角频率信号和电压信号进行交叉补偿的方法包括：

22、步骤s421：将所述角频率信号与电网同步角频率信号相加，加上无功交叉补偿信号得到参考角频率信号；

23、步骤s422：将所述电压信号与电压设定值信号相减，加上有功交叉补偿信号得到电压幅值误差信号。

24、步骤s43中对所述参考角频率信号和电压幅值误差信号进行积分计算的方法包括：

25、步骤s431：对所述参考角频率信号进行积分运算处理，得到内部电压参考同步相位信号；

26、步骤s432：将所述电压幅值误差信号与电压幅值参考值信号相减，得到输出电压幅值信号；

27、步骤s433：对所述输出电压幅值信号进行积分运算处理，得到构网型变流器内部电压幅值信号。

28、本发明还提供一种基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化系统，所述构网型变流器阻尼优化系统包括变流模块、交叉补偿模块和信号调制模块；

29、所述变流模块将直流电源的直流电逆变成三相交流电；

30、所述交叉补偿模块包括低通滤波模块、功率计算模块和幅相控制模块；

31、所述低通滤波模块对采集的电路信号进行低通滤波，滤除信号中不必要的高频干扰成分，处理后得到滤波后的电路信号；

32、所述功率计算模块将滤波后的电路信号，从三相旋转坐标系转换成两相静止坐标系，并计算所述两相静止坐标系中的瞬时功率信号；

33、所述幅相控制模块将功率设定值与所述瞬时功率信号进行比较，得到功率偏差值，根据所述功率偏差值得到电路的输出频率和输出电压，根据频率设定值和电压设定值对所述输出频率和输出电压进行交叉补偿，得到变流器的内部电压幅值信号和内部电压参考同步相位信号；

34、所述信号调制模块根据所述内部电压参考同步相位信号与所述内部电压幅值信号，生成脉冲信号，调整所述脉冲信号的周期和占空比，从而控制构网型变流器的内电势，提高构网型变流器的稳定性。

35、本发明另外提供一种基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化装置，适用于上述的一种基于幅相交叉补偿的构网型变流器稳定性优化系统：变流模块包括直流电源和并网变流器；交叉补偿模块包括内电势幅相交叉补偿器；信号调制模块包括信号调制系统；构网型变流器稳定性优化装置还包括滤波电感、滤波电容、交流电网和线路阻抗；

36、并网变流器、滤波电感、内电势幅相交叉补偿器和信号调制系统依次相连，直流电源与并网变流器相连，滤波电容与滤波电感相连，信号调制系统与并网变流器相连，线路阻抗与滤波电感相连，交流电网与线路阻抗相连。

37、优选地，所述内电势幅相交叉补偿器包括低通滤波器、功率计算模块和幅相控制器，所述低通滤波器与滤波电感相连，所述幅相控制器与信号调制系统相连。

38、优选地，所述幅相控制器包括功率比例模块、交叉补偿模块和电压输出控制模块，所述功率比例模块与功率计算模块相连，所述电压输出控制模块与信号调制系统相连。

39、本发明的有益之处至少包括：通过改进构网型变流器的控制方式，设计内电势幅相交叉补偿方法，对构网型变流器的内电势矢量进行优化控制，从而提升低阻抗交流电网下构网型变流器的稳定性。