本發(fā)明涉及電力電子，更具體地說(shuō)是一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法、系統(tǒng)及其計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能設(shè)備在電力系統(tǒng)中的廣泛接入，逆變器作為交直流變換的關(guān)鍵設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)由直流電向交流電的變換，將新能源的能量注入至電網(wǎng)。風(fēng)電、光伏等資源在地區(qū)分布呈現(xiàn)不均衡特性，為提升我國(guó)新能源的就地消納能力，一般要求光伏、風(fēng)電等發(fā)出的電能就地消耗。構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器相較于跟網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器，其交流側(cè)對(duì)外呈現(xiàn)為電壓源特性，可為本地負(fù)載獨(dú)立供電，具備孤島供電能力，可最大化提升風(fēng)光新能源在中西部地區(qū)的就地消納能力。由于新能源出力或本地負(fù)荷消耗功率的不確定性，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器時(shí)常需要離并網(wǎng)切換以彌補(bǔ)功率平衡需求。由離網(wǎng)至并網(wǎng)階段根據(jù)我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需滿(mǎn)足并網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)兩側(cè)的電壓頻率、相位以及幅值小于一定值才可閉合隔離開(kāi)關(guān)，以避免兩端電壓不一致帶來(lái)的過(guò)電流等問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)相位一致控制稱(chēng)為預(yù)同步，是有待解決的問(wèn)題。

2、傳統(tǒng)預(yù)同步方法依賴(lài)于兩個(gè)鎖相環(huán)采樣并網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)的電壓，對(duì)其進(jìn)行鎖相后做差，并將該相位誤差信號(hào)輸入至pi(比例-積分)控制器實(shí)現(xiàn)相位一致控制。然而，受限于現(xiàn)有數(shù)字控制其對(duì)變量類(lèi)型的定義方式，一般必須對(duì)相位信號(hào)進(jìn)行取余以避免像微信號(hào)達(dá)到數(shù)據(jù)類(lèi)型所規(guī)定的數(shù)值上限。相位信號(hào)取余后實(shí)質(zhì)為周期為20ms，振幅為2πrad的鋸齒波。當(dāng)兩個(gè)鋸齒波相減時(shí)，可能產(chǎn)生相位躍變問(wèn)題。相位躍變將導(dǎo)致pi控制器輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的變化規(guī)律變?yōu)榉菃握{(diào)影響規(guī)律，從而導(dǎo)致預(yù)同步失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述相位躍變問(wèn)題，本專(zhuān)利提出一種基于網(wǎng)側(cè)電壓投影原理的預(yù)同步方法。

2、本發(fā)明技術(shù)方案如下：

3、一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法，包括：

4、建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型；為逆變器雙環(huán)路控制提供相位和電壓參考。

5、對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制。

6、進(jìn)一步的，所述硬件拓?fù)浒ň€(xiàn)路阻抗、隔離開(kāi)關(guān)、電網(wǎng)以及逆變器和本地負(fù)載；控制模型包括功率環(huán)、電壓環(huán)、電流環(huán)的三環(huán)級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步的，建立虛擬同步機(jī)構(gòu)網(wǎng)逆變器的離并網(wǎng)硬件拓?fù)洌ǎ翰⒕W(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)sts，初始狀態(tài)為開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)逆變器發(fā)出預(yù)同步成功信號(hào)后，該隔離開(kāi)關(guān)閉合；等效線(xiàn)路阻抗lg、電網(wǎng)ug、并網(wǎng)逆變器vsc；隔離開(kāi)關(guān)網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)定義為us；逆變器輸出lc濾波器的濾波電感和濾波電容分別為lf、cf；逆變器輸出電壓ugfm，逆變器輸出電流、負(fù)載電流和流向電網(wǎng)的電流分別為igfm、il與ig；直流側(cè)電壓udc認(rèn)為由儲(chǔ)能系統(tǒng)控制為恒定，直流側(cè)母線(xiàn)電容cdc。

8、進(jìn)一步的，建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型中，所述有功環(huán)路、無(wú)功環(huán)路的控制方程分別為(1)-(2)：

9、

10、其中δ為逆變器與電網(wǎng)之間的相對(duì)功角，δ＝θgfm-θg，j為虛擬慣量系數(shù)，d為阻尼系數(shù)，ωn為額定頻率，xg為線(xiàn)路電抗；kq為無(wú)功環(huán)下垂系數(shù)，un為逆變器額定相電壓幅值，ud*為得到的交流電壓環(huán)d軸參考電壓，qref為無(wú)功功率參考，qe為實(shí)際逆變器輸出無(wú)功功率，pe為實(shí)際逆變器輸出有功功率，ud為逆變器實(shí)際輸出相電壓幅值，認(rèn)為交流電壓環(huán)控制速度足夠快，有ud≈ud*；忽略線(xiàn)路動(dòng)態(tài)，有xg＝ωnlg，lg為等效線(xiàn)路電感；ug為電網(wǎng)相電壓幅值；lf為逆變器濾波電感，cf為逆變器濾波電容；1/s表示積分環(huán)節(jié)。

11、進(jìn)一步的，控制模型的內(nèi)環(huán)采用典型電壓電流雙閉環(huán)控制策略，電壓參考由無(wú)功環(huán)給定，dq變換角度由有功環(huán)路給定；其中電流環(huán)pi控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)為kpi，kii，電壓環(huán)pi控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)為kpv，kiv；通過(guò)電流環(huán)得到dq坐標(biāo)系下調(diào)制波md、mq經(jīng)過(guò)反park變換后得到三項(xiàng)調(diào)制波mabc后進(jìn)行pwm調(diào)制，得到逆變器開(kāi)關(guān)管的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

12、進(jìn)一步的，對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制，包括：

13、引入電網(wǎng)電壓投影：引入park坐標(biāo)變換，將隔離開(kāi)關(guān)的網(wǎng)側(cè)電壓利用逆變器自身相位θgfm進(jìn)行計(jì)算，得到q軸電壓，即為網(wǎng)側(cè)電壓在自身電壓坐標(biāo)系下的投影；其中usd、usq、us0分別為隔離開(kāi)關(guān)網(wǎng)側(cè)電壓在逆變器坐標(biāo)系下的dq軸投影，

14、

15、利用比例積分控制其對(duì)電網(wǎng)電壓投影量控制至0，實(shí)現(xiàn)相位一致控制；其中spre為預(yù)同步控制器使能標(biāo)志位，當(dāng)啟動(dòng)預(yù)同步控制后，spre設(shè)置為1，在不啟動(dòng)預(yù)同步控制或判定電網(wǎng)電壓投影已經(jīng)小于一定值時(shí)，spre設(shè)置為0；本文設(shè)置該閾值為1％un，

16、

17、本發(fā)明還提出一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步系統(tǒng)，包括：

18、控制模型建立模塊，用于建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型；

19、預(yù)同步控制模塊，用于對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制。

20、進(jìn)一步的，所述控制模型建立模塊，用于建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型；具體方法為：有功環(huán)路、無(wú)功環(huán)路的控制方程分別為(1)-(2)：

21、

22、其中δ為逆變器與電網(wǎng)之間的相對(duì)功角，δ＝θgfm-θg，j為虛擬慣量系數(shù)，d為阻尼系數(shù)，ωn為額定頻率，xg為線(xiàn)路電抗；kq為無(wú)功環(huán)下垂系數(shù)，un為逆變器額定相電壓幅值，ud*為得到的交流電壓環(huán)d軸參考電壓，qref為無(wú)功功率參考，qe為實(shí)際逆變器輸出無(wú)功功率，pe為實(shí)際逆變器輸出有功功率，ud為逆變器實(shí)際輸出相電壓幅值，認(rèn)為交流電壓環(huán)控制速度足夠快，有ud≈ud*；忽略線(xiàn)路動(dòng)態(tài)，有xg＝ωnlg，lg為等效線(xiàn)路電感；ug為電網(wǎng)相電壓幅值；lf為逆變器濾波電感，cf為逆變器濾波電容；1/s表示積分環(huán)節(jié)。

23、進(jìn)一步的，所述預(yù)同步控制模塊，用于對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制，具體方法為：

24、對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制，包括：

25、引入park坐標(biāo)變換，將隔離開(kāi)關(guān)的網(wǎng)側(cè)電壓利用逆變器自身相位θgfm進(jìn)行計(jì)算，得到q軸電壓；其中usd、usq、us0分別為隔離開(kāi)關(guān)網(wǎng)側(cè)電壓在逆變器坐標(biāo)系下的dq軸投影，

26、

27、利用比例積分控制其對(duì)電網(wǎng)電壓投影量控制至0，實(shí)現(xiàn)相位一致控制；其中spre為預(yù)同步控制器使能標(biāo)志位，當(dāng)啟動(dòng)預(yù)同步控制后，spre設(shè)置為1，在不啟動(dòng)預(yù)同步控制或判定電網(wǎng)電壓投影已經(jīng)小于一定值時(shí)，spre設(shè)置為0；設(shè)置該閾值為1％un，

28、

29、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)采樣并網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)在網(wǎng)側(cè)的電壓并利用構(gòu)網(wǎng)型逆變器自身的相位變換可得到電網(wǎng)電壓在逆變器自身坐標(biāo)系下的投影。該投影反映了相位差信息，而并不存在相位躍變過(guò)程，通過(guò)對(duì)該投影量利用pi控制器控制至0，可有效實(shí)現(xiàn)成功預(yù)同步。

技術(shù)特征：

1.一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法，其特征在于：建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型中，所述有功環(huán)路、無(wú)功環(huán)路的控制方程分別為(1)-(2)：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法，其特征在于：控制模型的內(nèi)環(huán)采用典型電壓電流雙閉環(huán)控制策略，電壓參考由無(wú)功環(huán)給定，dq變換角度由有功環(huán)路給定；其中電流環(huán)pi控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)為kpi，kii，電壓環(huán)pi控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)為kpv，kiv；通過(guò)電流環(huán)得到dq坐標(biāo)系下調(diào)制波md、mq經(jīng)過(guò)反park變換后得到三項(xiàng)調(diào)制波mabc后進(jìn)行pwm調(diào)制，得到逆變器開(kāi)關(guān)管的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法，其特征在于：對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制，包括：

5.一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步系統(tǒng)，其特征在于，控制模型建立模塊，用于建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型；具體方法為：有功環(huán)路、無(wú)功環(huán)路的控制方程分別為(1)-(2)：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)同步控制模塊，用于對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制，具體方法為：

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種構(gòu)網(wǎng)型變流器離并網(wǎng)預(yù)同步方法，包括：建立有功環(huán)路和無(wú)功環(huán)路的控制模型；對(duì)基于網(wǎng)側(cè)電壓投影的構(gòu)網(wǎng)型變流器進(jìn)行預(yù)同步控制。本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)采樣并網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)在網(wǎng)側(cè)的電壓并利用構(gòu)網(wǎng)型逆變器自身的相位變換可得到電網(wǎng)電壓在逆變器自身坐標(biāo)系下的投影。該投影反映了相位差信息，而并不存在相位躍變過(guò)程，通過(guò)對(duì)該投影量利用PI控制器控制至0，可有效實(shí)現(xiàn)成功預(yù)同步。

技術(shù)研發(fā)人員：孫鵬飛,田震,黃萌,查曉明,張柏林,陶以彬,李官軍,馬喜平,陳國(guó)偉,李浩源
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9