一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法及装置，包括：根据电网频率变化率和电网电压变化率调节补偿装置与电网之间交换的有功/无功功率，降低电网频率和电压变化率；电压变化率根据采集的电网三相电压确定的直轴分量和电网电压幅值确定；频率变化率根据采集的三相电压确定的交轴分量、电网频率以及电网相位确定；根据频率变化率确定有功功率指令；根据电压变化率确定无功功率指令；基于有功功率指令和无功功率指令控制电网的功率。本发明专利技术直接产生电网频率变化率信号，实现惯量响应控制，避免传统惯量控制复杂的频率微分计算和噪声干扰，能有效降低电网频率变化速度，优化电网频率动态。

【技术实现步骤摘要】
一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法及装置
本专利技术属于电力电子化电力系统频率和电压动态控制领域，更具体地，涉及一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法及装置。
技术介绍
频率和电压是电力系统最重要的两个特征量，是衡量电力系统供电质量的重要指标，电力系统中大部分负荷的安全稳定运行依赖于稳定的电网频率和电压。近些年，以新能源发电、高压直流输电等为代表的电力电子装备迅猛发展，其动态特性显著不同于传统同步发电机，表现为弱支撑性和弱抗扰性。具体表现为：(1)电力电子装备等效旋转惯量几乎为零，恶化了电力系统频率动态，不利于电网频率稳定；(2)电力电子装备采用高增益电流控制并网，表现为近似电流源特性，不利于电网电压动态稳定和优化；(3)电力电子装备耐流耐压能力弱于传统电磁转换装备，电网电压快速变化引发的电磁动态过程威胁电力电子装备的安全与稳定。针对上述问题，现有改进方法一方面把电网频率偏差(Δf)及其微分(df/dt)信号加入电力电子装备的有功功率指令，以期望电力电子装备参与电网调频和模拟同步发电机的惯性响应；另一方面，将电网电压偏差信号(ΔV)加入电力电子装备无功功率指令，以期望电力电子装备参与电网电压调节；但是，仍面临如下问题：(1)电网频率微分计算容易受到噪声影响；而且需先检测电网频率再计算微分信号，动态响应速度受限。(2)受限于电压稳定，无法通过进一步提高电压控制增益优化电网电压动态。综上所述，现有的电力电子化电力系统频率和电压动态优化技术还存在较大的优化空间。
技术实现思路
<br>针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法及装置，旨在解决电力系统频率和电压动态控制的问题。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法，包括如下步骤：根据采集的电网三相电压确定电网频率变化率和电网电压变化率；所述电网电压变化率根据电网电压的直轴分量和电网电压幅值确定；所述电网频率变化率根据电网电压的交轴分量、电网频率以及电网相位确定；根据电网频率变化率确定有功功率指令；根据电网电压变化率确定无功功率指令；基于所述有功功率指令和无功功率指令控制补偿装置与电网交换的有功功率和无功功率，以优化电网电压和电网频率动态；所述补偿装置为用来控制电网频率变化率和电网电压变化率的装置。在一个可选的实施例中，所述电网电压变化率根据电网电压的直轴分量和电网电压幅值确定，具体为：对采集的电网三相电压进行坐标变换，确定对应的电压直轴分量；将所述电网电压的直轴分量和电网电压幅值相减，并对相减的结果控制增益后得到电网电压变化率；其中，所述电网电压幅值通过电网电压变化率积分得到。在一个可选的实施例中，所述电网频率变化率根据电网电压的交轴分量、电网频率以及电网相位确定，具体为：对采集的电网三相电压进行坐标变换，并结合电网相位确定对应的电压交轴分量；对所述电压交轴分量控制增益后得到电网频率的变化率；其中，所述电网相位由与电网频率相关的两部分相加得到，所述与电网频率相关的两部分分别为：对电网频率控制第一增益和对电网频率控制第二增益并积分；所述电网频率通过电网频率变化率积分得到。在一个可选的实施例中，所述根据电网频率变化率确定有功功率指令，具体为：对电网频率变化率控制增益后，进行低通滤波得到第一部分有功功率指令；将电网频率与预定频率相减，并对相减后得到的结果控制增益得到第二部分有功功率指令；将第一部分有功功率指令和第二部分有功功率指令相加得到所述有功功率指令。在一个可选的实施例中，所述根据电网电压变化率确定无功功率指令，具体为：对电网电压变化率控制增益后，进行低通滤波得到第一部分无功功率指令；将电网电压与预定电压相减，并对相减后得到的结果控制增益得到第二部分无功功率指令；将第一部分无功功率指令和第二部分无功功率指令相加得到所述无功功率指令。第二方面，本专利技术提供一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制装置，包括：变化率确定单元，用于根据采集的电网三相电压确定电网频率变化率和电网电压变化率；所述电网电压变化率根据电网电压的直轴分量和电网电压幅值确定；所述电网频率变化率根据电网电压的交轴分量、电网频率以及电网相位确定；功率指令确定单元，用于根据电网频率变化率确定有功功率指令；以及根据电网电压变化率确定无功功率指令；电网功率控制单元，用于基于所述有功功率指令和无功功率指令控制补偿装置与电网交换的有功功率和无功功率，以优化电网电压和电网频率动态；所述补偿装置为用来控制电网频率变化率和电网电压变化率的装置。在一个可选的实施例中，所述变化率确定单元具体包括：坐标变换器，用于对采集的电网三相电压进行坐标变换，确定对应的电压直轴分量；第一减法器，用于将所述电网电压的直轴分量和电网电压幅值相减；第一增益器，用于对第一减法器相减的结果控制增益后得到电网电压变化率；第一积分器，用于对电网电压变化率积分得到电网电压幅值。在一个可选的实施例中，所述坐标变换器，用于对采集的电网三相电压进行坐标变换，并结合电网相位确定对应的电压交轴分量；所述变化率确定单元具体还包括：第二增益器，用于对所述电压交轴分量控制增益后得到电网频率的变化率；第二积分器，用于对电网频率变化率积分得到电网频率；第三增益器，用于对电网频率控制第一增益；第四增益器，用于对电网频率控制第二增益；第三积分器，用于对第四增益器输出的信号积分；第一加法器，用于对第三增益器的输出和第三积分器的输出相加，得到电网相位。在一个可选的实施例中，所述功率指令确定单元具体包括：第五增益器，用于对电网频率变化率控制增益；第一低通滤波器，用于对第五增益器的输出信号进行低通滤波得到第一部分有功功率指令；第一减法器，用于将电网频率与预定频率相减；第六增益器，用于对第一减法器的输出信号控制增益得到第二部分有功功率指令；第二加法器，用于将第一部分有功功率指令和第二部分有功功率指令相加得到所述有功功率指令。在一个可选的实施例中，所述功率指令确定单元具体还包括：第七增益器，用于对电网电压变化率控制增益；第二低通滤波器，用于对第七增益器的输出信号进行低通滤波得到第一部分无功功率指令；第二减法器，用于将电网电压与预定电压相减；第八增益器，用于对第二减法器输出的信号控制增益得到第二部分无功功率指令；第三加法器，用于将第一部分无功功率指令和第二部分无功功率指令相加得到所述无功功率指令。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供一种电网频率和电网电压的动态优化控制方法及装置，采用成熟的矢量电流控制技术，具有极强的电流控制能力，简化了电网故障时，惯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n根据采集的电网三相电压确定电网频率变化率和电网电压变化率；所述电网电压变化率根据电网电压的直轴分量和电网电压幅值确定；所述电网频率变化率根据电网电压的交轴分量、电网频率以及电网相位确定；/n根据电网频率变化率确定有功功率指令；/n根据电网电压变化率确定无功功率指令；/n基于所述有功功率指令和无功功率指令控制补偿装置与电网交换的有功功率和无功功率，以优化电网电压和电网频率动态；所述补偿装置为用来控制电网频率变化率和电网电压变化率的装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据采集的电网三相电压确定电网频率变化率和电网电压变化率；所述电网电压变化率根据电网电压的直轴分量和电网电压幅值确定；所述电网频率变化率根据电网电压的交轴分量、电网频率以及电网相位确定；
根据电网频率变化率确定有功功率指令；
根据电网电压变化率确定无功功率指令；
基于所述有功功率指令和无功功率指令控制补偿装置与电网交换的有功功率和无功功率，以优化电网电压和电网频率动态；所述补偿装置为用来控制电网频率变化率和电网电压变化率的装置。


2.根据权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述电网电压变化率根据电网电压的直轴分量和电网电压幅值确定，具体为：
对采集的电网三相电压进行坐标变换，确定对应的电压直轴分量；
将所述电网电压的直轴分量和电网电压幅值相减，并对相减的结果控制增益后得到电网电压变化率；
其中，所述电网电压幅值通过电网电压变化率积分得到。


3.根据权利要求1所述的优化控制方法，其特征在于，所述电网频率变化率根据电网电压的交轴分量、电网频率以及电网相位确定，具体为：
对采集的电网三相电压进行坐标变换，并结合电网相位确定对应的电压交轴分量；
对所述电压交轴分量控制增益后得到电网频率的变化率；
其中，所述电网相位由与电网频率相关的两部分相加得到，所述与电网频率相关的两部分分别为：对电网频率控制第一增益和对电网频率控制第二增益并积分；
所述电网频率通过电网频率变化率积分得到。


4.根据权利要求1至3任一项所述的优化控制方法，其特征在于，所述根据电网频率变化率确定有功功率指令，具体为：
对电网频率变化率控制增益后，进行低通滤波得到第一部分有功功率指令；
将电网频率与预定频率相减，并对相减后得到的结果控制增益得到第二部分有功功率指令；
将第一部分有功功率指令和第二部分有功功率指令相加得到所述有功功率指令。


5.根据权利要求1至3任一项所述的优化控制方法，其特征在于，所述根据电网电压变化率确定无功功率指令，具体为：
对电网电压变化率控制增益后，进行低通滤波得到第一部分无功功率指令；
将电网电压与预定电压相减，并对相减后得到的结果控制增益得到第二部分无功功率指令；
将第一部分无功功率指令和第二部分无功功率指令相加得到所述无功功率指令。


6.一种电网频率动态和电网电压动态的优化控制装置，其特征在于，包括：
变化率确定单元，用于根据采集的电网三相电压确定电网频率变化率和电网电压变化率；所述电网电压变化率根...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚磊，刘超，迟永宁，李琰，
申请(专利权)人：华中科技大学，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42