本發(fā)明涉及新能源并網(wǎng)發(fā)電，具體涉及到一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法。

背景技術(shù)：

1、在落實(shí)“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的發(fā)展背景下,以光伏、風(fēng)電為代表的新能源發(fā)電是目前發(fā)展的重點(diǎn)，而新能源接入的電力電子設(shè)備無法為電網(wǎng)提供必要的慣量支撐和阻尼支撐，使得電網(wǎng)呈現(xiàn)高度電力電子化特性。為了有效應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)整體低慣量、弱阻尼的特性，虛擬同步機(jī)能夠有效模擬同步發(fā)電機(jī)慣量及阻尼特性，使其具有為電網(wǎng)提供一定的慣量支撐能力。

2、vsg通過模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，但也帶來了同步發(fā)電機(jī)的振蕩問題，這種振蕩特性使系統(tǒng)在電網(wǎng)側(cè)頻率發(fā)生變化或有功設(shè)定值調(diào)整時(shí)可能產(chǎn)生的暫態(tài)有功功率振蕩和頻率過沖問題。針對(duì)上述情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的解決問題的方法主要分為兩大類：自適應(yīng)虛擬慣量阻尼法和等效阻尼比法。

3、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與阻尼系數(shù)之間的關(guān)系是影響vsg振蕩問題的關(guān)鍵。自適應(yīng)虛擬慣量阻尼法需要根據(jù)vsg角頻率變化情況在線調(diào)整阻尼系數(shù)，參數(shù)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，若參數(shù)選擇不合理會(huì)影響并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；等效阻尼比法對(duì)于研究并優(yōu)化vsg并網(wǎng)有功響應(yīng)的控制策略具有一定的參考價(jià)值，雖然可以有效抑制儲(chǔ)能vsg并網(wǎng)有功的動(dòng)態(tài)振蕩與功率超調(diào)，但同時(shí)也會(huì)使vsg的輸出頻率存在過沖風(fēng)險(xiǎn)。

4、針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種有效抑制波動(dòng)、減少振蕩的一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種有效抑制波動(dòng)、減少振蕩的一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法。

2、本發(fā)明的目的是提供一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法，方法包括以下步驟：

3、步驟一、建立vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的有功控制環(huán)閉環(huán)小信號(hào)模型；

4、步驟二、分析傳統(tǒng)vsg阻尼系數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)系統(tǒng)影響；

5、步驟三、提出微分前饋和功率前饋的暫態(tài)阻尼增強(qiáng)方法，通過系統(tǒng)特征根的根軌跡進(jìn)一步揭示控制策略對(duì)系統(tǒng)的影響；

6、步驟四、分別設(shè)置有功功率波動(dòng)和系統(tǒng)頻率變化工況，通過simulink仿真驗(yàn)證所提控制策略的正確性。

7、進(jìn)一步的，三電平vsg典型控制結(jié)構(gòu)包括以下計(jì)算步驟：

8、步驟一、在主電路結(jié)構(gòu)中，udc為直流電壓，lf、cf和lg分別為濾波電感、濾波電容和并網(wǎng)阻抗，vsg技術(shù)核心控制部分主要由有功-頻率調(diào)節(jié)和無功-電壓調(diào)節(jié)組成，其中表達(dá)式為：

9、

10、其中，j為同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω0為電網(wǎng)同步角速度，tm、te和td分別為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械、電磁和阻尼轉(zhuǎn)矩，dp為有功阻尼系數(shù)，dq為無功阻尼系數(shù)；

11、步驟二、保持下垂特性的機(jī)械功率表達(dá)式如下：

12、pm＝pref-kf(ω-ω0)

13、其中，kf為一次調(diào)頻系數(shù)。

14、進(jìn)一步的，步驟一中的有功控制環(huán)閉環(huán)小信模型包括以下計(jì)算步驟：

15、步驟一、考慮到vsg的系統(tǒng)等效阻抗主要呈感性，vsg輸出電壓與線路電抗的功率傳輸關(guān)系，可得：

16、

17、其中，ug為電網(wǎng)電壓幅值，x為線路等效阻抗，令k＝uge/x，k為同步電壓系數(shù)；δ為vsg的輸出相位角；

18、步驟二、輸出有功功率的表達(dá)式為：

19、

20、其中，ωg為電網(wǎng)角速度，同時(shí)可以獲得系統(tǒng)的無阻尼自然振蕩頻率ωn和阻尼比ξ：

21、

22、進(jìn)一步的，步驟三中的微分前饋包括以下計(jì)算步驟：

23、步驟一、引入微分前饋的控制框圖；

24、步驟二、kd為微分前饋系數(shù)，此時(shí)可以得出有功輸出pe1的表達(dá)式：

25、

26、此時(shí)的自然振蕩頻率ωn1和阻尼比ξ1：

27、

28、進(jìn)一步的，步驟三中的功率前饋包括以下計(jì)算步驟：

29、步驟一、引入功率前饋的控制框圖；

30、步驟二、kt為功率前饋系數(shù)，t為時(shí)間常數(shù)，有功輸出pe2的表達(dá)式為：

31、

32、步驟三、引入低通濾波器，將系統(tǒng)降為2階，根據(jù)降階后的特征方程可知，此時(shí)的自然振蕩頻率ωn2和阻尼比ξ2為：

33、

34、本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：本發(fā)明通過采用前饋控制策略作用在有功控制環(huán)路上，在不改變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)閉環(huán)特征根的角度上增加了系統(tǒng)的阻尼比，從而改變了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。相對(duì)于傳統(tǒng)的其它方法，本發(fā)明兼顧系統(tǒng)輸出有功功率的波動(dòng)和頻率過沖的問題，使系統(tǒng)在發(fā)生有功功率驟變或者頻率波動(dòng)時(shí)，能有效抑制波動(dòng)，減少振蕩。

技術(shù)特征：

1.一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法，其特征在于：所述三電平vsg典型控制結(jié)構(gòu)包括以下計(jì)算步驟：

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法，其特征在于：所述步驟一中的有功控制環(huán)閉環(huán)小信模型包括以下計(jì)算步驟：

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法，其特征在于：所述步驟三中的微分前饋包括以下計(jì)算步驟：

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平vsg前饋控制方法，其特征在于：所述步驟三中的功率前饋包括以下計(jì)算步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于暫態(tài)阻尼增強(qiáng)的三電平VSG前饋控制方法，包括建立VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的有功控制環(huán)閉環(huán)小信號(hào)模型，分析傳統(tǒng)VSG阻尼系數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)系統(tǒng)的影響，提出微分前饋和功率前饋的暫態(tài)阻尼增強(qiáng)方法，通過系統(tǒng)特征根的根軌跡進(jìn)一步揭示控制策略對(duì)系統(tǒng)的影響，分別設(shè)置有功功率波動(dòng)和系統(tǒng)頻率變化工況，通過simulink仿真驗(yàn)證所提控制策略的正確性。本發(fā)明通過采用前饋控制策略作用在有功控制環(huán)路上，不改變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)閉環(huán)特征根的角度上增加了系統(tǒng)的阻尼比，從而改變了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。相對(duì)于傳統(tǒng)的其它方法，本發(fā)明兼顧系統(tǒng)輸出有功功率的波動(dòng)和頻率過沖的問題，使系統(tǒng)在發(fā)生有功功率驟變或者頻率波動(dòng)時(shí)，能有效抑制波動(dòng)，減少振蕩。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇小玲,趙正奎,陳來軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10