一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法技术

本发明专利技术提供一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法，包括：获得自同步电压源控制中端电压幅值/相位的指令值；通过端电压幅值/相位的指令值合成得到三相坐标系下端电压指令值，与测量得到的并网点交流电压通过虚拟阻抗控制得到自同步电压源控制中的电流指令值；获得交流电压控制中的电流指令值；根据并网点电压跌落深度，判断模块选择输出自同步电压源控制中的电流指令值或交流电压控制中的电流指令值；根据判断模块的输出与逆变器交流侧输出电流，通过控制器得到逆变器控制信号。本发明专利技术可有效解决常规自同步电压源控制策略在电网电压跌落时带来的过电流问题，提高了新能源并网系统的安全稳定运行能力。全稳定运行能力。全稳定运行能力。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源并网运行控制领域，具体是一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国新能源发电装机规模实现了跨越式增长，截止2020 年，新能源装机容量5.3亿kW，占全国总装机容量的24.3％，随着新能源大规模接入电网，新能源出力的间歇性和波动性使电力系统运行控制愈加复杂。
[0003]为了保障电力系统安全稳定运行，维持系统的频率/电压稳定，必须由新能源机组来承担部分惯量响应和一次调频任务。自同步电压源控制通过模拟同步发电机组转子运动方程，直接控制新能源机组输出电压幅值和相位，具有自同步电网特性，能够主动支撑电网频率/ 电压稳定，并对系统提供惯量/阻尼支撑。然而目前自同步电压源控制方法仅在稳态下具有很大的优势，当电网发生故障导致电网电压跌落时，采用常规的自同步电压源控制策略存在过电流的问题，这个问题困扰着诸多学者。因此需要提供一种针对电网故障下自同步电压源控制策略过电流问题的控制方法。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，针对电网发生故障导致电网电压跌落时，采用常规的自同步电压源控制策略存在过电流等问题，本专利技术提供一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制(交流电压控制) 双模式切换控制方法，可有效解决现有自同步电压源控制技术在电网电压跌落下过电流的难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、对逆变器直流侧电容电压、逆变器交流侧输出电流、并网点交流电压、并网点交流电流进行测量采样，并对逆变器交流侧输出电流、并网点交流电压、并网点交流电流进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值；
[0007]步骤S2、根据dq坐标系下的并网点交流电压、并网点交流电流值计算得到逆变器交流侧有功功率和无功功率，并根据逆变器给定的有功功率指令值、无功功率指令值及额定角频率，通过控制器得到自同步电压源控制中端电压幅值/相位的指令值；
[0008]步骤S3、通过端电压幅值/相位的指令值合成得到三相坐标系下端电压指令值，与测量得到的并网点交流电压通过虚拟阻抗控制得到三相坐标系下自同步电压源控制中的电流指令值，并进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值，即自同步电压源控制中的电流指令值；
[0009]步骤S4、通过dq坐标系下的并网点交流电压计算得到并网点电压幅值，并根据并网点电压幅值计算得到并网点电压跌落深度；
[0010]步骤S5、根据逆变器直流侧电容电压、并网点电压幅值及低电压穿越标准，得到交流电压控制中的电流指令值；
[0011]步骤S6、根据并网点电压跌落深度，判断模块选择输出步骤S3 得到的自同步电压源控制中的电流指令值或步骤S5得到的交流电压控制中的电流指令值作为发电装备电流内环控制指令值；
[0012]步骤S7、根据判断模块的输出与逆变器交流侧输出电流，通过控制器得到逆变器控制信号，进而实现对逆变器的控制。
[0013]进一步的，所述步骤S1具体包括：采集逆变器直流侧电容电压 u
dc
、逆变器交流侧输出电流i
a
、i
b
、i
c
、并网点交流电压u
pcc_a
、u
pcc_b
、 u
pcc_c
、并网点交流电流i
pcc_a
、i
pcc_b
、i
pcc_c
进行测量采样，然后进行Park 变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值：
[0014][0015][0016][0017]其中：i
d
、i
q
，u
pcc_d
、u
pcc_q
，i
pcc_d
、i
pcc_q
分别是逆变器交流侧输出电流、并网点交流电压、并网点交流电流旋转坐标系下的d轴分量及 q轴分量，θ为自同步电压源控制器的输出相位。
[0018]进一步的，所述步骤S2具体包括：
[0019]根据dq坐标系下的并网点交流电压、并网点交流电流值计算得到逆变器交流侧有功功率和无功功率：
[0020][0021]其中P
inv
、Q
inv
分别是逆变器交流侧有功功率及无功功率，u
pcc_d
、 u
pcc_q
，i
pcc_d
、i
pcc_q
分别是并网点交流电压、并网点交流电流旋转坐标系下的d轴分量及q轴分量；
[0022]通过自同步电压源控制中的有功
‑
频率控制、无功
‑
电压控制得到端电压幅值/相位的指令值，具体过程如下：
[0023]首先通过自同步电压源控制中的有功
‑
频率控制可得
[0024][0025]对上式进行整理得到角频率ω：
[0026][0027]其中K
p
为有功下垂系数，ω0为额定角频率，P
ref
为有功功率指令值，P
inv
为逆变器交流侧有功功率，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，对角频率ω进行积分得到自同步电压源控制中端电压相位的指令值θ；
[0028]通过无功
‑
电压控制得端电压幅值的指令值V
inv_ref
：
[0029]V
inv_ref
＝V
m
+K
q
(Q
ref
‑
Q
inv
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030]其中K
q
为无功下垂系数，Q
ref
为无功功率指令值，Q
inv
是逆变器的无功功率，V
m
是自同步电压源控制中给定无功功率指令Q
ref
时的额定电压。
[0031]进一步的，所述步骤S3中根据端电压幅值/相位的指令值合成得到三相坐标系下端电压指令值，具体计算公式如下：
[0032][0033]其中V
inv_ref
为端电压幅值的指令值，θ为端电压相位的指令值；
[0034]三相坐标系下端电压指令值与测量得到的并网点交流电压通过虚拟阻抗控制得到三相坐标系下自同步电压源控制中的电流指令值，具体计算公式如下：
[0035][0036]其中u
inv_a_ref
、u
inv_b_ref
、u
inv_c_ref
为三相坐标系下端电压指令值， u
pcc_a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1、对逆变器直流侧电容电压、逆变器交流侧输出电流、并网点交流电压、并网点交流电流进行测量采样，并对逆变器交流侧输出电流、并网点交流电压、并网点交流电流进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值；步骤S2、根据dq坐标系下的并网点交流电压、并网点交流电流值计算得到逆变器交流侧有功功率和无功功率，并根据逆变器给定的有功功率指令值、无功功率指令值及额定角频率，通过控制器得到自同步电压源控制中端电压幅值/相位的指令值；步骤S3、通过端电压幅值/相位的指令值合成得到三相坐标系下端电压指令值，与测量得到的并网点交流电压通过虚拟阻抗控制得到三相坐标系下自同步电压源控制中的电流指令值，并进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值，即自同步电压源控制中的电流指令值；步骤S4、通过dq坐标系下的并网点交流电压计算得到并网点电压幅值，并根据并网点电压幅值计算得到并网点电压跌落深度；步骤S5、根据逆变器直流侧电容电压、并网点电压幅值及低电压穿越标准，得到交流电压控制中的电流指令值；步骤S6、根据并网点电压跌落深度，判断模块选择输出步骤S3得到的自同步电压源控制中的电流指令值或步骤S5得到的交流电压控制中的电流指令值作为发电装备电流内环控制指令值；步骤S7、根据判断模块的输出与逆变器交流侧输出电流，通过控制器得到逆变器控制信号，进而实现对逆变器的控制。2.如权利要求1所述的新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：采集逆变器直流侧电容电压u
dc
、逆变器交流侧输出电流i
a
、i
b
、i
c
、并网点交流电压u
pcc_a
、u
pcc_b
、u
pcc_c
、并网点交流电流i
pcc_a
、i
pcc_b
、i
pcc_c
进行测量采样，然后进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值：进行测量采样，然后进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值：进行测量采样，然后进行Park变换，得到对应物理量在dq坐标系下的值：其中：i
d
、i
q
，u
pcc_d
、u
pcc_q
，i
pcc_d
、i
pcc_q
分别是逆变器交流侧输出电流、并网点交流电压、并网点交流电流旋转坐标系下的d轴分量及q轴分量，θ为自同步电压源控制器的输出相位。3.如权利要求1所述的新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
根据dq坐标系下的并网点交流电压、并网点交流电流值计算得到逆变器交流侧有功功率和无功功率：其中P
inv
、Q
inv
分别是逆变器交流侧有功功率及无功功率，u
pcc_d
、u
pcc_q
，i
pcc_d
、i
pcc_q
分别是并网点交流电压、并网点交流电流旋转坐标系下的d轴分量及q轴分量；通过自同步电压源控制中的有功
‑
频率控制、无功
‑
电压控制得到端电压幅值/相位的指令值，具体过程如下：首先通过自同步电压源控制中的有功
‑
频率控制可得对上式进行整理得到角频率ω：其中K
p
为有功下垂系数，ω0为额定角频率，P
ref
为有功功率指令值，P
inv
为逆变器交流侧有功功率，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，对角频率ω进行积分得到自同步电压源控制中端电压相位的指令值θ；通过无功
‑
电压控制得端电压幅值的指令值V
inv_ref
：V
inv_ref
＝V
m
+K
q
(Q
ref
‑
Q
inv
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中K
q
为无功下垂系数，Q
ref
为无功功率指令值，Q
inv
是逆变器的无功功率，V
m
是自同步电压源控制中给定无功功率指令Q
ref
时的额定电压。4.如权利要求1所述的新能源发电装备自同步电压源控制及低电压穿越控制双模式切换控制方法，其特征在于：所述步骤S3中根据端电压幅值/相位的指令值合成得到三相坐标系下端电压指令值，具体计算公式如下：其中V
inv_ref
为端电压幅值的指令值，θ为端电压相位的指令值；三相坐标系下端电压指令值与测量得到的并网点交流电压通过虚拟阻抗控制得到三相坐标系下自同步电压源控制中的电流指令值，具体计算公式如下：其中u
inv_a_ref
、u

【专利技术属性】
技术研发人员：江克证，柳丹，冀肖彤，何国庆，邓万婷，曹侃，康逸群，熊平，叶畅，肖繁，胡畔，谭道军，罗恒，
申请(专利权)人：国家电网有限公司中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：