本發(fā)明涉及換流器控制,尤其涉及一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息,不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
2、隨著可再生能源發(fā)電的日益普及,電壓源換流器(vsc)作為連接可再生能源與電網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn),以其控制靈活、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高可再生能源發(fā)電的安全性和穩(wěn)定性,人們提出了許多vsc控制策略,一般可分為兩類:并網(wǎng)控制(gfm)和跟隨控制(gfl)。
3、gfl是vsc最常用的控制方式,通過鎖相環(huán)(pll)跟蹤公共耦合點(diǎn)(pcc)電壓的相位,防止其形成電網(wǎng)電壓,從而實(shí)現(xiàn)vsc并網(wǎng)。由于其電流源特性,其控制方式依賴于強(qiáng)電網(wǎng);gfm旨在解決這一限制,gfm的同步方法類似于同步發(fā)電機(jī),通過與電網(wǎng)的功率交換來調(diào)整參考電壓的頻率,表現(xiàn)出電壓源特性。典型的gfm不需要鎖相環(huán),具有電壓和頻率的自動構(gòu)建能力。盡管gfm能夠構(gòu)建電網(wǎng),但由于其在強(qiáng)電網(wǎng)中的穩(wěn)定性相對較低,因此更適用于弱電網(wǎng)。
4、此外,由于它們的電壓源特性,在發(fā)生短路故障時會產(chǎn)生顯著的短路電流,這限制了其在某些情況下的應(yīng)用。不同類型的gfm和gfl適用于不同的環(huán)境,各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。然而,在電力系統(tǒng)運(yùn)行中,vsc可能會在不同的情況下運(yùn)行,需要使用不同類型的gfl和gfm,或者從gfl運(yùn)行到gfm,以提高穩(wěn)定性和彈性。因此,迫切需要一種結(jié)合gfm和gfl優(yōu)點(diǎn)的通用vsc控制體系結(jié)構(gòu)。
5、為解決上述問題,現(xiàn)有技術(shù)提出了兩種解決辦法:
6、第一種方法是利用gfm和gfl之間的切換方法,根據(jù)運(yùn)行要求切換相應(yīng)的gfm和gfl控制策略。為解決切換過程引起的擾動穩(wěn)定問題,有學(xué)者提出在切換控制中增加了預(yù)同步環(huán)節(jié)。但是,這需要使用多個交換機(jī)進(jìn)行控制切換,增加了控制的復(fù)雜性。
7、第二種方法是將gfm控制和gfl控制相結(jié)合,基于等效gfm和gfl并聯(lián)運(yùn)行的混合控制提供了一種新的研究思路。然而,gfm與gfl比值隨電路參數(shù)的變化而波動,影響控制性能。從gfm和gfl的基本區(qū)別出發(fā),將功率同步環(huán)(psl)和鎖相環(huán)(pll)相結(jié)合的控制結(jié)合了gfm和gfl的特點(diǎn)。然而vsc始終在混合控制下運(yùn)行,并且不單獨(dú)作為gfm或gfl運(yùn)行,由于gfm與gfl的控制目標(biāo)不同,因此在混合控制下的控制目標(biāo)意義不明確,其運(yùn)行穩(wěn)定性有待進(jìn)一步研究。
8、此外,這些解決方案只針對某種具體的單一控制模式,而不具備適用于多種gfm與gfl的通用性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題,本發(fā)明提出了一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng)及方法,通過調(diào)節(jié)控制策略目標(biāo)電壓所占的比例,實(shí)現(xiàn)不同控制間的平滑切換,同時適用于多種典型的gfm與gfl控制方法。
2、在一些實(shí)施方式中,采用如下技術(shù)方案:
3、一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),包括:
4、數(shù)據(jù)獲取模塊,被配置為獲取并網(wǎng)點(diǎn)電壓、gfm控制參考電壓和gfl控制參考電壓;
5、gfm控制模塊,被配置為計(jì)算gfm的并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及gfm向電網(wǎng)輸出的電流,利用所述電壓和電流,基于選定的控制方法得到gfm的目標(biāo)電壓;
6、gfl控制模塊,被配置為計(jì)算gfl的并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及gfl向電網(wǎng)輸出的電流,利用所述電壓和電流,基于選定的控制方法得到gfl的目標(biāo)電壓;
7、混合模塊,被配置為響應(yīng)于切換控制指令,將gfm的目標(biāo)電壓和gfl的目標(biāo)電壓按照選定的混合比例進(jìn)行混合,得到電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓。
8、作為進(jìn)一步的方案,分別設(shè)定正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)時的切換速率,接收到切換控制指令后,按照所述的切換速率對電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓進(jìn)行勻速切換。
9、作為進(jìn)一步的方案,所述gfm控制模塊中,?gfm向電網(wǎng)輸出的電流具體為:
10、;
11、其中,為gfm的并網(wǎng)點(diǎn)電壓,為gfm控制參考電壓,r為電壓源型換流器與并網(wǎng)點(diǎn)之間的電阻,l為電壓源型換流器與并網(wǎng)點(diǎn)之間的電感,s為頻域中的復(fù)變量。
12、作為進(jìn)一步的方案,所述gfl控制模塊中,gfl向電網(wǎng)輸出的電流具體為:
13、;
14、其中,為gfm的并網(wǎng)點(diǎn)電壓,為gfl控制參考電壓,r為電壓源型換流器與并網(wǎng)點(diǎn)之間的電阻,l為電壓源型換流器與并網(wǎng)點(diǎn)之間的電感,s為頻域中的復(fù)變量。
15、作為進(jìn)一步的方案,所述混合模塊中,將gfm的目標(biāo)電壓和gfl的目標(biāo)電壓按照設(shè)定比例混合,具體為:
16、;
17、其中,為電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓,為gfm的目標(biāo)電壓,為gfl的目標(biāo)電壓,為比例系數(shù),。
18、在另一些實(shí)施方式中,采用如下技術(shù)方案:
19、一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制方法,包括:
20、獲取并網(wǎng)點(diǎn)電壓、gfm控制參考電壓和gfl控制參考電壓;
21、計(jì)算gfm的并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及gfm向電網(wǎng)輸出的電流,利用所述電壓和電流,基于選定的控制方法得到gfm的目標(biāo)電壓;
22、計(jì)算gfl的并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及gfl向電網(wǎng)輸出的電流,利用所述電壓和電流,基于選定的控制方法得到gfl的目標(biāo)電壓;
23、響應(yīng)于切換控制指令,選定混合比例的值,將gfm的目標(biāo)電壓和gfl的目標(biāo)電壓按照所述混合比例進(jìn)行混合,得到電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓。
24、作為進(jìn)一步的方案,混合比例的值,根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)整,k=1時工作在gfm運(yùn)行模式,k=0時工作在gfl運(yùn)行模式。
25、作為進(jìn)一步的方案,分別設(shè)定正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)時的切換速率,接收到切換控制指令后,按照所述的切換速率對電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓進(jìn)行勻速切換。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
27、(1)本發(fā)明提出的統(tǒng)一控制系統(tǒng)及方法,通過線性改變gfm控制與gfl控制的目標(biāo)電壓所占比重,能夠?qū)崿F(xiàn)在不同控制方法之間切換;比重的變化是按照設(shè)定的切換速率進(jìn)行線性調(diào)整得到,能夠?qū)崿F(xiàn)勻速切換,避免了控制突變導(dǎo)致的波動。gfm與gfl兩套控制系統(tǒng)始終保持閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài),這樣可以確保在控制切換過程中不會產(chǎn)生擾動,實(shí)現(xiàn)平滑切換。
28、通過調(diào)整兩者的比重值,能夠根據(jù)具體的工況實(shí)現(xiàn)對vsc的單獨(dú)gfm控制、單獨(dú)gfl控制、gfm控制與gfl控制的勻速過渡以及不同比例混合控制等多種控制策略,以適應(yīng)vsc的不同運(yùn)行工況。
29、(2)本發(fā)明的統(tǒng)一控制系統(tǒng)架構(gòu)能夠適用于各類型gfm與gfl控制方法,不局限于某一種具體的gfm和gfl控制方式,具有一定的普適性。
30、本發(fā)明的其他特征和附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本方面的實(shí)踐了解到。
1.一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,包括:
2.如權(quán)利要求1所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,分別設(shè)定正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)時的切換速率,接收到切換控制指令后,按照所述的切換速率對電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓進(jìn)行勻速切換。
3.如權(quán)利要求1所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,所述gfm控制模塊中,?gfm向電網(wǎng)輸出的電流具體為:
4.如權(quán)利要求1所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,所述gfm控制模塊中,選定的控制方法包括:虛擬同步機(jī)控制、下垂控制、匹配控制或虛擬振蕩控制。
5.如權(quán)利要求1所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,所述gfl控制模塊中,gfl向電網(wǎng)輸出的電流具體為:
6.如權(quán)利要求1所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,所述gfl控制模塊中,選定的控制方法包括:功率控制、下垂控制或虛擬同步機(jī)控制。
7.如權(quán)利要求1所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制系統(tǒng),其特征在于,所述混合模塊中,將gfm的目標(biāo)電壓和gfl的目標(biāo)電壓按照設(shè)定比例混合,具體為:
8.一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制方法,其特征在于,包括:
9.如權(quán)利要求8所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制方法,其特征在于,混合比例的值,根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)整,k=1時工作在gfm運(yùn)行模式,k=0時工作在gfl運(yùn)行模式。
10.如權(quán)利要求8所述的一種跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)比例混合的電壓源型換流器控制方法,其特征在于,分別設(shè)定正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)時的切換速率,接收到切換控制指令后,按照所述的切換速率對電壓源型換流器所需的目標(biāo)電壓進(jìn)行勻速切換。