本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)控制，具體為基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著全球能源結構的轉型，可再生能源，尤其是風能和太陽能光伏發(fā)電的比例不斷上升。然而，與傳統(tǒng)的基于同步發(fā)電機的電力系統(tǒng)相比，這些可再生能源的發(fā)電特性存在顯著差異，主要體現(xiàn)在輸出功率的波動性和不可預測性。這些特點給電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性帶來了新的挑戰(zhàn)。

2、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)依賴于同步發(fā)電機提供慣性和調(diào)頻服務，確保系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。然而，可再生能源通常通過電力電子變流器并網(wǎng)，與同步發(fā)電機不同，缺乏固有的機械慣性，導致系統(tǒng)的慣性降低，從而使頻率更易受到擾動的影響?，F(xiàn)有的線性下垂控制方法在處理高滲透率的可再生能源時表現(xiàn)出局限性，無法有效應對頻率波動和高頻振蕩問題。電力電子轉換器采用線性下垂控制策略，通過調(diào)整有功功率輸出響應頻率偏差，實現(xiàn)與電網(wǎng)的同步和負荷共享。然而，這種線性關系在高滲透率的可再生能源系統(tǒng)中存在以下問題：1.頻率穩(wěn)定性差，線性下垂控制在高功率輸出或低功率輸出的極端情況下，會導致系統(tǒng)頻率響應不穩(wěn)定，出現(xiàn)頻率波動和振蕩；2.頻率變化率高，由于缺乏機械慣性，系統(tǒng)在受到擾動時頻率變化率較高，增加了系統(tǒng)不穩(wěn)定的風險；3.功率利用率低，線性下垂控制在處理可再生能源發(fā)電的波動性時，無法充分利用系統(tǒng)的功率凈空，導致頻率控制效果不佳。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法，包括：

3、獲取逆變器所需的輸入電信號；

4、通過指數(shù)下垂控制器以及輔助自主功率響應控制器生成逆變器自主同步相位；

5、通過采樣的輸入電信號生成逆變器的參考幅值；

6、根據(jù)控制模塊生成的相位以及參考幅值，生成逆變器的脈沖調(diào)制信號。

7、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述電信號包括并網(wǎng)點的電壓和電流。

8、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述指數(shù)下垂控制器生成逆變器自主同步相位包括，對濾波有功功率p進行邏輯判斷，得到功率信號pout1；

9、若|p|<pmax，則pout1＝p；若|p|≥pmax，則pout1＝pmax；

10、其中，pmax是逆變器輸出功率極限；

11、功率信號pout1過絕對值反轉處理，使功率輸出在原點鏡像反轉，并基于指數(shù)函數(shù)得到指數(shù)信號ei(pout1)；

12、

13、其中，α和β均為指數(shù)函數(shù)參數(shù)。

14、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述逆變器輸出功率極限包括，在功率未越限時，指數(shù)信號ei(p)對p的導數(shù)為；

15、

16、使指數(shù)信號ei(p)對p的導數(shù)等于dmax，因此功率極限pmax表示為；

17、

18、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述指數(shù)下垂控制器生成逆變器自主同步相位包括，附加功率越限線性化處理模塊，通過對濾波有功功率p邏輯判斷，到功率信號pout2；

19、若|p|≥pmax，則pout2＝p；若|p|<pmax，則pout2＝pmax；

20、將得到的功率信號pout2與功率極限pmax作差，并與線性化參數(shù)dmax相乘，得到功率越限時的附加量dmax(|p|-pmax)，通過引入dmax來限制最大下垂值確保在高功率輸出下穩(wěn)定運行；附加量dmax(|p|-pmax)與指數(shù)信號ei(pout1)相加，再與反射函數(shù)s(p)相乘；

21、最終得到指數(shù)下垂模塊生成頻率信號dexp；

22、

23、由于dexp(p)的非線性下垂特性，需要通過頻率設定值ωset(pset)來添加額外頻率偏移，考慮頻率設定值ωset在不同功率設定值pset的計算，若|pset|＜pmax，則判定為未超越功率越限，附加量等于0，指數(shù)信號中的功率信號pout1＝p；若|pset|≥pmax，則判定為超越功率越限，附加量中pout2＝pmax，指數(shù)信號中的功率信號pout1＝pmax；表示為：

24、

25、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述輔助自主功率響應控制器包括，在發(fā)生擾動后添加頻率偏移ωps對系統(tǒng)頻率波動進行響應；

26、線性下垂的頻率偏差為；

27、ωmd＝(pset-p)md

28、其中，ωmd為頻率偏差，pset為功率設定值，md為線性下垂參數(shù)；

29、頻率偏差信號ωmd與指數(shù)下垂信號dexp和信號頻率偏移ωps進行運算，得到誤差ωe；

30、ωe＝ωmd+dexp-ωps

31、當誤差ωe滿足邏輯判斷條件被記錄時；輸出誤差ωe,out為；

32、

33、其中，εp和εdp均為擾動容限參數(shù)，δp＝p-pmax，表示p對時間t的導數(shù)；

34、當功率波動滿足干擾標準時，誤差ωe,out將通過增益為k的積分器產(chǎn)生頻率偏移ωps；當ωe被積分器驅(qū)動到0時，變流器將能夠達到md指定的功率輸出值。

35、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述逆變器脈沖調(diào)制信號包括，輔助自主功率響應控制信號ωps與指數(shù)下垂控制信號dexp作差，并與頻率設定值ωset和標稱頻率設定值ωnom相加，隨后與頻率基準值ωb得到實際生成頻率ωi，后通過積分器得到逆變器自主同步相位δi；

36、指數(shù)下垂控制的總輸出信號為：

37、

38、作為本發(fā)明所述的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法的一種優(yōu)選方案，包括，1、第一慣性環(huán)節(jié)；2、第一邏輯判斷模塊；3、第一函數(shù)運算模塊；4、第二邏輯判斷模塊；5、第一比例環(huán)節(jié)；6、第二函數(shù)運算模塊；7、第一常數(shù)模塊；8、第一反相加法器；9、第二反相加法器；10、第二常數(shù)模塊；11、第二比例環(huán)節(jié)；12、第三比例環(huán)節(jié)；13、第一正相加法器；14、第三函數(shù)運算模塊；15、第三反相加法器；16、第四函數(shù)運算模塊；17、第二正相加法器；18、第三正相加法器；19、第四比例環(huán)節(jié)；20、第三常數(shù)模塊；21、第一積分環(huán)節(jié)；22、第四常數(shù)模塊；23、第四反相加法器；24、第五比例環(huán)節(jié)；25、第五反相加法器；26、第三邏輯判斷模塊；27、第二積分環(huán)節(jié)；

39、被測瞬時功率輸出pmeas通過第一慣性環(huán)節(jié)得到濾波有功功率p，通過第一邏輯判斷模塊進行限幅處理后，經(jīng)過進行絕對值反轉處理，后通過第一比例環(huán)節(jié)，第二函數(shù)運算模塊，第二反相加法器，第二常數(shù)模塊和第三比例環(huán)節(jié)，得到指數(shù)信號ei(pout1)。

40、濾波有功功率p經(jīng)過第二邏輯判斷模塊進行功率判斷，之后與第一常數(shù)模塊通過第一反相加法器，第二比例環(huán)節(jié)，得到當功率越限時附加量，線性化發(fā)生在功率極限pmax處，其中下垂值等于dmax。該控制通道通過引入常數(shù)dmax來限制最大下降值，通過該參數(shù)對指數(shù)函數(shù)進行限制，確保在高功率輸出下穩(wěn)定運行。

41、輔助自主功率響應控制器，通過第四常數(shù)模塊設定功率參考值，與濾波有功功率經(jīng)過第四反相加法器后，通過第五比例環(huán)節(jié)得到信號ωmd,與信號ωδ經(jīng)過第五反相加法器得到頻率誤差ωe，后通過第三邏輯判斷模塊，進行信號邏輯判斷，當誤差滿足邏輯判斷條件時進行運算，得到的輸出誤差ωe,out經(jīng)過第二積分環(huán)節(jié)，得到頻率偏移ωps。

42、指數(shù)信號ei(p)與功率越限時附加量通過第一正相加法器后，后經(jīng)過第三函數(shù)運算模塊得到指數(shù)下垂控制信號dexp，后與輔助自主功率響應控制器得到的頻率偏差ωps經(jīng)過第三反相加法器，后與第四函數(shù)運算模塊輸出的信號經(jīng)過第二正相加法器，再與第三常數(shù)模塊經(jīng)過第三正相加法器，得到標幺自主生成角速度，后經(jīng)過第四比例環(huán)節(jié)得到實際自主生成角速度，最后通過第一積分環(huán)節(jié)，得到逆變器自主同步相位δi。

43、一種計算機設備，包括：存儲器和處理器；所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)本發(fā)明中任一項所述的方法的步驟。

44、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)本發(fā)明中任一項所述的方法的步驟。

45、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的基于頻率穩(wěn)定的自主構網(wǎng)逆變器指數(shù)下垂控制方法，與傳統(tǒng)線性下垂控制方法相比，本發(fā)明通過建立功率輸出與頻率之間的非線性關系，顯著提升了系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性和功率利用率，在最大功率輸出附近自然地限制了功率輸出，并提供了更高的阻尼能力，改善了系統(tǒng)頻率動態(tài)性能。