【技术实现步骤摘要】
专利技术属于电力电子，尤其涉及一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法、系统及计算机可读存储介质。
技术介绍
1、随着风力发电、光伏发电等可再生能源技术的不断发展，越来越多的可再生能源通过并网逆变器装置接入电网。由于我国新能源发电基地与负荷中心呈逆向分布的特殊地理环境，同时随着采用电力电子装置并网的可再生能源发电系统在电力系统中的占比逐渐增大，电力电子装置本身的低惯性、低阻尼、离散化等特性变得不可忽略。由于阻尼减小，在外界扰动下系统可能出现电压和频率的失稳现象，严重影响电力系统的安全稳定运行和供电可靠性。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)可模拟同步发电机的惯量、阻尼等输出特性，并可以像同步发电机一样参与电网的调频与调压，是提高新能源并网系统稳定性的良好解决方案。然而，vsg属于电力电子设备，其抗扰动能力仍远不及传统同步发电机，尤其当多个vsg并联运行时，系统受扰后各vsg单体之间的交互作用以及vsg与弱电网之间的交互作用使得整个系统的低频振荡风险大大增加。所以本专利技术针对vsg多机并联系统，研究针对vsg单体的控制策略改进而实现多机并联系统的有效致稳策略设计，对vsg多机并联系统的安全稳定运行具有十分重要的理论和实践工程意义
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出了一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法。该控制方法其基本思想为将与变流器系统输入参考转矩与输出电磁转矩之间的不平衡程度
2、本专利技术的技术方案为：一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，包括：
3、将采用虚拟同步机控制的构网变流器vsg多机并联系统分解为vsg单机部分和剩余vsg并联多机部分，对vsg单机的有功频率环节进行改造，加入转矩差前馈回路；所述剩余vsg并联多机部分用于和单机部分做对比；
4、基于改进后的转子表达式执行基于等面积法则和离散迭代计算的转矩差前馈系数算法，以确定实现系统低频振荡阻尼的转矩差系数范围边界。
5、进一步的，将采用虚拟同步机控制的构网变流器(virtual synchronousgenerator,vsg)多机并联系统分解为vsg单机部分和剩余vsg并联多机部分；所述剩余vsg并联多机部分用于和单机部分做对比；通过对单机加入转矩差前馈回路，而有效实现单机+剩余多机整个系统的低频振荡抑制；对vsg单机的有功频率环节进行改造，加入转矩差前馈回路，建立基于转矩差前馈的虚拟同步机系统模型，通过此模型，用于说明该转矩差前馈的具体拓扑结构，因为前馈的位置不同，其拓扑也有较大差别；
6、具体包括以下子步骤：
7、s11、将vsg多机并联系统分解为vsg单机和剩余vsg并联多机系统两部分，两部分之间为分散控制，整个系统之间的协调控制不借助任何通讯设施，如图1所示；
8、s12、对vsg单机的有功频率环节进行改造，加入转矩差前馈控制回路，如图2所示，则vsg输出频率可表示为：
9、
10、上式中：ωn表示传统vsg产生的角频率；ωvsg0表示传统vsg产生的角频率；ωvsg表示合成后vsg实际输出角频率；pref表示vsg输出有功功率给定值；pe表示vsg输出有功功率实际值；kteff表示转矩差前馈回路的前馈系数。
11、s13、结合传统vsg的二阶转子方程和转矩差控制模型，得到基于转矩差前馈的虚拟同步机系统的更新转子方程表达式：
12、
13、上式中：j表示vsg有功频率环节的转动惯量系数；d表示vsg有功频率环节的虚拟阻尼系数；u表示vsg输出电压；ug表示电网电压；δ表示vsg内电势与电网电压之间的功角差。由式可看出，转矩差前馈系数kteff的引入，给系统加入了时变阻尼项；其值越大阻尼越大，系统抗扰性能越好；但同时系统的频率突变量也相应增大，对系统的快速致稳是不利的。
14、其中，算法的来源为：等面积法则是在电力系统的暂态过程中，各种电量的变化都呈现为时间-幅值等面积的变化规律。在相同的时间内，各种电量的变化面积相等。在铁磁谐振问题中，等面积法则用于解决加速面积和减速面积之间的关系，以判断系统是否会进入谐振区。
15、通过离散迭代计算是为了一步步逼近最佳结果，使得所选的转矩差前馈系数能够系统低频振荡阻尼。
16、执行算法后得到的结果与低频振荡阻尼之间的关系：
17、采用转矩差前馈可引入时变阻尼，保证系统在暂态期间不发生失稳现象，而转矩差前馈系数对引入的阻尼大小以及频率突变量大小均有着重要的影响。若转矩差系数太大，那么可能导致引入的频率突变量越大，那么系统的动能过大将导致系统失稳，而转矩差系数过小有可能导致系统出现阻尼不足导致逆变器在故障恢复期间仍然出现长时间振荡和失稳现象。执行此算法，用于确定有效实现系统低频振荡阻尼的转矩差系数范围边界。
18、多机部分与单机部分做对比结果为：单机引入转矩差，不借助通讯设施，实现整个系统有效致稳。相比于现有大部分控制策略中对系统各个单机控制进行改造以及借助通讯设备实现整个系统的稳定控制，该方法实用性及经济性较高。
19、改造得到的结果为：
20、改造前转子运动方程：
21、
22、改造后转子运动方程：
23、
24、改造后，基于转矩差前馈的虚拟同步机转子方程中原有的恒定阻尼项变为了与功角变化率大小相关的时变阻尼项，通过将输入转矩与输出电磁转矩之间的不平衡程度引入到阻尼项中，可发现当不平衡程度越大，那么系统的阻尼越大，反之则越小，因此有利于系统实现快速稳定。
25、进一步的，基于前馈回路引入的时变阻尼和vsg频率突变量对于系统暂态稳定性的相反影响，提出一种基于等面积法则和离散迭代计算的转矩差前馈系数设计思路，所示具体包括以下步骤：
26、s21、在扰动恢复的瞬间，系统输入参考功率由故障参考有功瞬时调整为额定参考有功功率，使得引入的与不平衡转矩相关的频率项发生突变，为系统注入了较大的正向运动初速度。系统引入的频率突变具体可计算如下：
27、逆变器lc滤波器端口电压的dq轴稳态分量可表示为：
28、
29、同时，其中ugd与ugq分别为电网电压的dq轴分量，可表示为：
30、
31、根据瞬时有功功率计算公式:
32、
33、其中，dq轴电流可分别计算为：
34、
35、其中，dq轴电流分量夹角可利用不采用电流限幅时的有功与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：对VSG单机的有功频率环节进行改造，加入转矩差前馈回路，建立基于转矩差前馈的虚拟同步机系统模型；
3.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：基于前馈回路引入的时变阻尼和VSG频率突变量对于系统暂态稳定性的相反影响，即基于改进后的转子表达式：执行基于等面积法则和离散迭代计算的转矩差前馈系数算法，以确定实现系统低频振荡阻尼的转矩差系数范围边界，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：还包括建立多构网变流器并联系统实时仿真模型，验证转矩差前馈控制的有效性以及转矩差前馈系数设计方法的正确性，具体包括以下步骤：>
6.一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼系统，其特征在于，虚拟同步机系统模型建立模块，用于将采用虚拟同步机控制的构网变流器VSG多机并联系统分解为VSG单机部分和剩余VSG并联多机部分，对VSG单机的有功频率环节进行改造，加入转矩差前馈回路；所述剩余VSG并联多机部分用于和单机部分做对比；
8.根据权利要求6所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼系统，其特征在于，转矩差系数范围边界确定模块，用于基于改进后的转子表达式执行基于等面积法则和离散迭代计算的转矩差前馈系数算法，以确定实现系统低频振荡阻尼的转矩差系数范围边界；具体包括以下步骤：
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任意一项方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：对vsg单机的有功频率环节进行改造，加入转矩差前馈回路，建立基于转矩差前馈的虚拟同步机系统模型；
3.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：基于前馈回路引入的时变阻尼和vsg频率突变量对于系统暂态稳定性的相反影响，即基于改进后的转子表达式：执行基于等面积法则和离散迭代计算的转矩差前馈系数算法，以确定实现系统低频振荡阻尼的转矩差系数范围边界，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于转矩差前馈控制的多构网变流器并联系统低频振荡阻尼方法，其特征在于：还包括建立多构网变流器并联系统实时仿真模型，验证转矩差前馈控制的有效性以及转...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文贺，田震，苑宾，孙鹏飞，黄萌，王莹鑫，查晓明，陈实，李探，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。