本發明專利技術公開一種基于虛擬阻抗補償的跟網型變流器控制方法，將虛擬同步機輸出電流作為電流補償添加到跟網型變流器電壓外環輸出，實現在跟網型變流器控制結構中引入構網型變流器的等效慣量支撐，使電網側的等效阻抗減小，從而提升跟網型變流器穩定性。本發明專利技術在不增加并網系統成本的情況下保證了跟網型變流器在電網阻抗較大的弱電網下的穩定運行。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于并網變流器控制，特別涉及一種基于虛擬阻抗補償的跟網型變流器控制方法。
技術介紹
1、近年來，隨著太陽能和風能等可再生能源通過并網變流器逐步接入電網的規模不斷擴大，傳統的經典同步發電機在電網中的比例逐漸減少。這種以物理結構為支撐的發電機的減少，對電網的動態穩定性提出了嚴峻挑戰。此外，由于新能源電站通常設立于偏遠地區，其接入主網需依賴長距離的輸電線路，從而導致電網側呈現高阻抗的弱電網特性。這種變化對電網的穩定和安全運行提出了新的要求和挑戰。
2、現有的并網變流器多為跟網型變流器，跟網型變流器的動態特性由控制算法決定，使電網系統具有更快的響應速度和更強的功率可控性，但是無法提供頻率、電壓支撐，極易在弱電網背景發生不穩定問題，無法保證電網正常工作。雖然目前具有電網電壓支撐功能的構網型變流器已經被提出，但由于其存在故障穿越能力差、成本高昂和結構復雜等原因暫時還沒有廣泛推行使用。基于傳統鎖相環的電網跟隨矢量電流控制方法仍然是實際風光發電系統中的主流方法。
3、現有研究發現，根據跟網型變流器的同步控制原理，電網跟隨控制系統的穩定性受到公共連接點處的電壓穩定性影響較大，而在電網阻抗較大的情況下，隨著傳輸的有功功率增大，輸電線路上的電壓降會隨之變大，最終會導致公共連接點處的電壓出現嚴重偏移和諧振等不穩定性問題。與此同時，弱電網環境也會加劇鎖相環和電網阻抗之間的交互作用，從而使鎖相環和電流環之間的發生相互耦合，造成變流器的失穩風險更大，因此改進控制策略避免弱電網下跟網型變流器與電網發生交互不穩定風險是必要的。</p>4、目前常見的提高跟網型變流器穩定性的方法主要可分為有源阻尼和阻抗重塑兩種方法。有源阻尼法主要是通過引入反饋控制來抑制諧振尖峰，通過實現特定頻段處鎖相環和電流環的解耦等方法提高弱電網下系統穩定性。但是這種方法不僅會增加穩定性分析的難度，而且缺少直觀的物理含義，濾波器參數設計較為困難。而阻抗重塑的方法則主要是基于阻抗建模在控制環路中加入重塑環節從而改變系統的阻抗特征，雖然具有較強的物理意義，但是會導致整體阻抗模型發生較大變化，實現較為復雜，并且無法準確考慮各控制部分之間的耦合情況。
5、因此，提出一種具有直觀合理的物理解釋，并能夠利用各環節的帶寬配合避免復雜耦合的弱電網下跟網型變流器穩定控制方法對于保證新能源安全穩定接入電網至關重要。
技術實現思路
1、本專利技術的目的，在于提供一種基于虛擬阻抗補償的跟網型變流器控制方法，通過給電流內環增加額外的參考電流補償，在不額外增加成本的情況下實現跟網型變流器和構網型變流器的并聯阻尼效果，具有直觀的物理意義，并通過虛擬同步機外環和電流環的帶寬配合避免各控制環路之間復雜的耦合情況，實現電網阻抗的等效減小，使跟網型變流器在弱電網環境下也能夠安全穩定運行。
2、為了達成上述目的，本專利技術的解決方案是：
3、一種基于虛擬阻抗補償的跟網型變流器控制方法，包括如下步驟：
4、步驟1，采集并網點電壓ua、ub、uc，通過鎖相環pll計算得到并網點電壓相位θ；
5、步驟2，采集變流器側電感電流ia、ib、ic，變換得到變流器側輸出電流dq分量id和iq；
6、步驟3，采集并網點電壓ua、ub、uc和并網點電流iga、igb、igc，計算得到變流器側輸出功率pe和qe，并分別根據定有功功率控制方法和無功-電壓下垂控制方法獲得并網電流參考值id_ref和iq_ref；
7、步驟4，基于虛擬同步機控制策略計算輸出電流imd和imq作為參考電流補償值；
8、步驟5，將并網電流參考值id_ref和iq_ref與補償值imd和imq相加得到并網電流指令信號，并將變流器側輸出電流dq軸分量id和iq通過交流電流控制環、電壓前饋環節和電流解耦環節得到變流器控制信號ucd和ucq；
9、步驟6，根據并網點電壓相位θ，將變流器控制信號ucd、ucq經park反變換得到三相靜止坐標系控制信號ua_ref、ub_ref、uc_ref；
10、步驟7，根據控制信號ua_ref、ub_ref、uc_ref，利用svpwm方法進行脈沖寬度調制，生成變流器功率器件的開關信號，經過驅動電路控制功率器件的開通和關斷。
11、上述步驟1中，先將采集的并網點電壓ua、ub、uc經park變換由三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系中，獲得dq軸變量ud、uq，然后通過鎖相環pll獲得并網點電壓相位θ，所述并網點電壓相位θ的計算公式為：
12、
13、其中，ω0為并網點電壓的額定角頻率，kpllp為鎖相環pi調節器的比例調節系數，kplli為鎖相環pi調節器的積分調節系數，s為拉普拉斯微分算子。
14、上述步驟2中，根據并網點電壓相位θ，將采集得到的變流器側電感電流ia、ib、ic由三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系中，得到變流器側輸出電流dq分量id和iq。
15、上述步驟3中，根據定有功功率控制方法和無功-電壓下垂控制方法獲得并網電流參考值id_ref和iq_ref的計算公式分別為，
16、id_ref＝(kpup+kpui/s)×(pref-pe)
17、iq_ref＝(kqup+kqui/s)×(qref-qe-kqv×(u0-ud))
18、其中，kpup為有功環pi調節器的比例調節系數，kpui為有功環pi調節器的積分調節系數，pref為有功功率參考值，s為拉普拉斯微分算子；kqup為無功環pi調節器的比例調節系數，kqui為無功環pi調節器的積分調節系數，qref為無功功率參考值，kqv為下垂系數，u0是電壓幅值的參考值，ud是并網點電壓d軸變量。
19、上述步驟4的具體過程是，
20、步驟41，確定模擬并聯構網型變流器所需功率和
21、步驟42，根據并網點電壓u和虛擬同步機輸出電流im計算得到虛擬功率pv和qv；
22、步驟43，將所需功率和和虛擬功率pv和qv的差值經過虛擬同步機控制方法得到虛擬電壓幅值em和相角θm；
23、步驟44，根據虛擬電壓幅值em和相角θm得到虛擬三相電壓vma、vmb和vmc，再根據并網點電壓相位θ計算得到虛擬電壓vm的dq軸分量vmd和vmq；
24、步驟45，將虛擬電壓vm經過虛擬阻抗產生虛擬電流im。
25、上述步驟43中，將所需功率和和虛擬功率pv和qv的差值經過虛擬同步機控制方法得到虛擬電壓幅值em和相角θm的計算公式分別為，
26、
27、其中j是虛擬慣量系數，ω為并網點電壓的角頻率，ω0為并網點電壓的額定角頻率，dd是阻尼系數，s為拉普拉斯微分算子；dqv是電壓下垂系數，u0是電壓幅值的參考值，ud是并網點電壓d軸變量，k是無功積分增益。
28、上述步驟45中，將虛擬電壓vm經過虛擬阻抗產生虛擬電流im的計算公本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種基于虛擬阻抗補償的跟網型變流器控制方法，其特征在于包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟1中，先將采集的并網點電壓ua、ub、uc經Park變換由三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系中，獲得dq軸變量ud、uq，然后通過鎖相環PLL獲得并網點電壓相位θ，所述并網點電壓相位θ的計算公式為：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟2中，根據并網點電壓相位θ，將采集得到的變流器側電感電流ia、ib、ic由三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系中，得到變流器側輸出電流dq分量id和iq。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中，根據定有功功率控制方法和無功-電壓下垂控制方法獲得并網電流參考值id_ref和iq_ref的計算公式分別為，
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟4的具體過程是，
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟43中，將所需功率PMref和QMref和虛擬功率Pv和Qv的差值經過虛擬同步機控制方法得到虛擬電壓幅值Em和相角θm的計算公式分別為，
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟45中，將虛擬電壓vm經過虛擬阻抗產生虛擬電流im的計算公式為，
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟5中，將變流器側輸出電流dq軸分量id和iq通過交流電流控制環、電壓前饋環節和電流解耦環節得到變流器控制信號ucd和ucq的計算公式為：
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【技術特征摘要】
1.一種基于虛擬阻抗補償的跟網型變流器控制方法，其特征在于包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟1中，先將采集的并網點電壓ua、ub、uc經park變換由三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系中，獲得dq軸變量ud、uq，然后通過鎖相環pll獲得并網點電壓相位θ，所述并網點電壓相位θ的計算公式為：
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟2中，根據并網點電壓相位θ，將采集得到的變流器側電感電流ia、ib、ic由三相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系中，得到變流器側輸出電流dq分量id和iq。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中，根據定有功功率控制方法和無功-電壓下垂控制方...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王武森，劉佳璐，樊英，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：
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