一种电压源换流器模式切换方法及系统与流程

本发明涉及电压源换流器运行模式切换，尤其涉及一种电压源换流器模式切换方法及系统。

背景技术：

1、高渗透率的风电和光伏等新能源发电具有间歇性、随机性和出力波动性的特点，此时电网阻抗往往出现大幅波动的问题。并网电压源换流器作为风光等新能源单元并网发电的重要接口设备，其运行性能受到电网阻抗变化的影响较大，在高电网阻抗条件下，电网强度较低，跟网型换流器难以稳定运行，需要转换为构网型模式以适应弱电网情形。然而，现有的换流器模式转换方法通常关注控制系统内部控制环指令值突变造成的扰动，对于换流器自适应电网阻抗转换运行模式的情况来说，阻抗突变触发换流器从跟网模式转换为构网模式，会从外部引入扰动，造成换流器输出功率的波动，仅仅确保控制环的指令值不发生突变还无法确保运行模式的平滑过渡，还需要考虑抑制切换过程功率的变化。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电压源换流器模式切换方法及系统，通过考虑换流器从跟网模式切换为构网模式过程中外部电网阻抗变化引入的有功功率波动并采取了抑制措施，获得了更平滑的切换效果。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种电压源换流器模式切换方法，所述方法包括：

3、接收注入的预设频率的谐波扰动信号，在pcc处提取电压电流中的预设频率的谐波成分，根据所述预设频率的谐波成分计算当前电网阻抗数值；

4、将切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值赋予切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值作为初始值，将切换前的锁相环输出角度赋予切换后的功率同步环输出角度作为初始值；

5、根据所述切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值、所述切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值、所述切换前的锁相环输出角度和所述切换后的功率同步环输出角度估算出切换前pcc点电压相位的稳态值与切换后虚拟功角的稳态值；

6、将所述切换后虚拟功角的稳态值与切换前pcc点电压相位的稳态值的差值前馈至功率同步环的输出角度和频率处，当有功功率参考值与实际值之差大于预设值时，继续进行前馈环节，当有功功率参考值与实际值之差小于或等于预设值时，则退出前馈环节。

7、实施本实施例，接收注入的预设频率的谐波扰动信号，在pcc处提取电压电流中的预设频率的谐波成分，根据预设频率的谐波成分计算当前电网阻抗数值，将切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值赋予切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值作为初始值，将切换前的锁相环输出角度赋予切换后的功率同步环输出角度作为初始值，再估算出切换前pcc点电压相位的稳态值与切换后虚拟功角的稳态值，将切换后虚拟功角的稳态值与切换前pcc点电压相位的稳态值的差值前馈至功率同步环的输出角度和频率处，当有功功率参考值与实际值之差大于预设值时，继续进行前馈环节，当有功功率参考值与实际值之差小于或等于预设值时，则退出前馈环节，本方法通过考虑换流器从跟网模式切换为构网模式过程中外部电网阻抗变化引入的有功功率波动并采取了抑制措施，获得了更平滑的切换效果。

8、在第一方面的一种可能的实现方式中，接收注入的预设频率的扰动信号，具体为：

9、在电压源换流器的电压调制波中叠加余弦信号，具体计算公式为：

10、

11、

12、其中，v′ma、v′mb、v′mc分别是注入谐波扰动后电压源换流器的abc三相调制波电压，vma、vmb、vmc分别是注入谐波扰动前电压源换流器的abc三相调制波电压，vha、vhb、vhc分别是叠加在电压源换流器的abc三相调制波电压中的75hz谐波信号。

13、在第一方面的一种可能的实现方式中，在pcc处提取电压电流中的预设频率的谐波成分，具体为：

14、在pcc点电压、电流信号中提取75hz谐波成分，具体计算公式为：

15、

16、

17、其中，auj和buj分别是电压信号基频ω的第j次谐波分量的正弦、余弦分量幅值；aij和bij分别是电流信号基频ω的第j次谐波分量的正弦、余弦分量幅值；i＝0,1,……,n―1；采样间隔τ＝t/n，t为采样周期；umj和uphj分别是电压信号第j次谐波分量的幅值与相位；imj和iphj分别是电流信号第j次谐波分量的幅值与相位；u(iτ)表示电压信号u(t)在一个采样周期内的第i+1个采样点，i(iτ)表示电流信号i(t)在一个采样周期内的第i+1个采样点，其中u(t)和i(t)是电压电流原始测量数据先经过50hz陷波器gnf(s)衰减基波信号，再经过倒陷波器gh(s)提取扰动信号获得的，gnf(s)和gh(s)表达式如下：

18、

19、gh(s)＝1―gnf(s)

20、其中，ω0为陷波器谐振角频率；xi为可调系数，决定陷波器带宽，s为拉普拉斯算子。

21、在第一方面的一种可能的实现方式中，根据预设频率的谐波成分计算当前电网阻抗数值，具体为：

22、利用预设频率的谐波成分计算当前电网阻抗数值，具体计算公式为：

23、

24、其中，rg和xg分别是电网电阻与电抗的估算值。

25、在第一方面的一种可能的实现方式中，将切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值赋予切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值作为初始值，将切换前的锁相环输出角度赋予切换后的功率同步环输出角度作为初始值，具体为：

26、将切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值赋予切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值作为初始值，初始值计算公式为：

27、

28、其中，和分别为切换前瞬间跟网模式电流内环d轴、q轴参考值，和分别为切换后瞬间构网模式电流内环d轴、q轴参考值；

29、将切换前的锁相环输出角度赋予切换后的功率同步环输出角度作为初始值，初始值计算公式为：

30、

31、其中，为切换前瞬间跟网模式下锁相环输出角度，为切换后瞬间构网模式下功率同步环输出角度的初始值。

32、在第一方面的一种可能的实现方式中，根据切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值、切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值、切换前的锁相环输出角度和切换后的功率同步环输出角度估算出切换前pcc点电压相位的稳态值与切换后换流器虚拟功角的稳态值，具体为：

33、利用切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值、切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值、切换前的锁相环输出角度和切换后的功率同步环输出角度估算出切换前pcc点电压相位的稳态值与切换后换流器虚拟功角的稳态值，具体计算公式为：

34、

35、

36、

37、

38、

39、其中，ug0―为模式切换前交流电网电压幅值的估算值，在切换前后的短暂时间内可以认为是不变的，和分别是切换前pcc点电压dq轴分量，和分别是切换前pcc点注入电网电流的dq轴分量，为切换前pcc点电压幅值，为切换后pcc点电压幅值，pgfl_s为跟网模式下换流器输出有功功率稳态值，为切换前电网电阻测量值，为切换前电网电抗测量值，δgfl_s为切换前pcc点电压相位稳态值，pref_gfm为切换后构网模式下换流器有功功率参考值，为切换后电网电阻测量值，为切换后电网电抗测量值，δgfm_s为切换后换流器虚拟功角的稳态值。

40、在第一方面的一种可能的实现方式中，将切换后虚拟功角的稳态值与切换前pcc点电压相位的稳态值的差值前馈至功率同步环的输出角度和频率处，具体为：

41、将切换后虚拟功角的稳态值与切换前pcc点电压相位的稳态值的差值前馈至功率同步环的输出角度和频率处的具体公式如下：

42、

43、

44、其中，δθ为附加到功率同步环输出角度的前馈量，δω为附加到功率同步环输出频率的前馈量，k为前馈调速因子，kθ为功率同步环输出角度前馈环节比例系数，kω为功率同步环输出频率前馈环节的比例系数。

45、在第一方面的一种可能的实现方式中，预设值为0.03倍标幺值。

46、本发明实施例的第二方面提供了一种电压源换流器模式切换系统，所述系统包括：

47、谐波注入模块，用于接收注入的预设频率的谐波扰动信号，在pcc处提取电压电流中的预设频率的谐波成分，根据预设频率的谐波成分计算当前电网阻抗数值；

48、切换模块，用于将切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值赋予切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值作为初始值，将切换前的锁相环输出角度赋予切换后的功率同步环输出角度作为初始值；

49、估算模块，用于根据切换前的瞬间跟网型换流器的电流内环dq轴参考值、切换后的瞬间构网型换流器电流内环dq轴参考值、切换前的锁相环输出角度和切换后的功率同步环输出角度估算出切换前pcc点电压相位的稳态值与切换后虚拟功角的稳态值；

50、前馈模块，用于将切换后虚拟功角的稳态值与切换前pcc点电压相位的稳态值的差值前馈至功率同步环的输出角度和频率处，当有功功率参考值与实际值之差大于预设值时，继续进行前馈环节，当有功功率参考值与实际值之差小于或等于预设值时，则退出前馈环节。

51、在第二方面的一种可能的实现方式中，接收注入的预设频率的扰动信号，具体为：

52、在电压源换流器的电压调制波中叠加余弦信号，具体计算公式为：

53、

54、

55、其中，v′ma、v′mb、v′mc分别是注入谐波扰动后电压源换流器的abc三相调制波电压，vma、vmb、vmc分别是注入谐波扰动前电压源换流器的abc三相调制波电压，vha、vhb、vhc分别是叠加在电压源换流器的abc三相调制波电压中的75hz谐波信号。