用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)及其建立方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)及其建立方法，包括：電流調(diào)節(jié)模塊、變流器以及鎮(zhèn)定器；電流調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的給定電流；變流器用于根據(jù)鎮(zhèn)定器發(fā)出的電壓信號(hào)輸出不同的輸出電壓值；鎮(zhèn)定器用于抑制電壓源型變流器產(chǎn)生的電氣振蕩。系統(tǒng)的建立方法包括：確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率；通過VSC電網(wǎng)的諧振頻率設(shè)置鎮(zhèn)定器的帶通濾波器時(shí)間常數(shù)T1、T2，當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，重新計(jì)算諧振頻率，并校正時(shí)間常數(shù)T1、T2；通過電氣仿真構(gòu)建電網(wǎng)模型，設(shè)置阻尼增益并驗(yàn)證鎮(zhèn)定器的鎮(zhèn)定效果。本發(fā)明能夠有效抑制電壓源型變流器產(chǎn)生的電氣振蕩，適用于不同電網(wǎng)，并能夠提高可再生能源并網(wǎng)的穩(wěn)定性。
【專利說明】
用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)及其建立方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于電壓源型變流器的電氣振 蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)及其建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓源型變流器(Voltage source converter，VSC)廣泛應(yīng)用于可再生能源發(fā)電 中的功率變換與并網(wǎng)。隨著可再生能源在電力系統(tǒng)中的比重不斷增加，其對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 的影響也逐步加深。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)主要以同步發(fā)電機(jī)參與為主，體現(xiàn)為同步機(jī)轉(zhuǎn)子角 的低頻振蕩特征。為了抑制該振蕩，通常在每臺(tái)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上增加阻尼控制器 來保證全網(wǎng)穩(wěn)定，這種控制器稱為電力系統(tǒng)鎮(zhèn)定器(Power system stabilizer，PSS)〇
[0003] 由于電力系統(tǒng)逐漸電力電子化，其動(dòng)態(tài)行為逐步從由同步機(jī)主導(dǎo)的功角特性向以 VSC變流器等電力電子裝置主導(dǎo)的電氣振蕩特性轉(zhuǎn)變。為應(yīng)對(duì)這一轉(zhuǎn)變，本發(fā)明提出用于電 壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定器(VSC-Power system stabilizer，VPSS)，其中英文字母 "V"強(qiáng)調(diào)的是該鎮(zhèn)定器的應(yīng)用背景及執(zhí)行對(duì)象，即：在VSC主導(dǎo)的電力系統(tǒng)背景下，用于鎮(zhèn)定 VSC引發(fā)的電氣振蕩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于電壓源型變流器的電氣振 蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)及其建立方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)，包括：電流調(diào)節(jié)模 塊、變流器以及鎮(zhèn)定器；
[0006] 所述電流調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的給定電流，并輸出調(diào)節(jié)后的電流至變流器；
[0007] 所述變流器，用于根據(jù)鎮(zhèn)定器發(fā)出的電壓信號(hào)輸出不同的輸出電壓值；
[0008] 所述鎮(zhèn)定器，用于抑制電壓源型變流器產(chǎn)生的電氣振蕩。
[0009] 優(yōu)選地，所述鎮(zhèn)定器包括:帶通濾波器，鎮(zhèn)定器輸出的電壓疊加到電流控制輸出電 壓上。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提供的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)的建立方法，包括如 下步驟：
[0011 ]步驟1:確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率；
[0012] 步驟2:通過VSC電網(wǎng)的諧振頻率設(shè)置鎮(zhèn)定器的帶通濾波器時(shí)間常數(shù)T1、時(shí)間常數(shù) T2,當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，重新計(jì)算諧振頻率，并校正時(shí)間常數(shù)T1、時(shí)間常數(shù)T2;
[0013] 步驟3:通過電氣仿真構(gòu)建電網(wǎng)模型，設(shè)置阻尼增益KVPSS并驗(yàn)證鎮(zhèn)定器的鎮(zhèn)定效 果。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟1包括：
[0015] 根據(jù)VSC電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電流控制器，確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率iC，計(jì)算公式如 下：
[0016]
[0017] 式中：C0S表示電網(wǎng)額定頻率，α。表示電流環(huán)控制器帶寬，￡表示電流環(huán)控制器阻尼 比，L。表示電網(wǎng)電容，Lj：表示電感和升壓變漏感之和。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟2包括:給出含鎮(zhèn)定器的VSC電流控制結(jié)構(gòu)圖，該鎮(zhèn)定器的輸入為 變流器輸出電流，鎮(zhèn)定器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為式（1.2)，輸出疊加到電流調(diào)節(jié)器的輸出，作為整體變 流器輸出電壓指令Gvpss，計(jì)算公式如下：
[0019]
[0020] 式中，KVPSS為鎮(zhèn)定器增益，Ti、T2分別為時(shí)間常數(shù)，s表示拉普拉斯變換中的復(fù)變量， 鎮(zhèn)定器構(gòu)成帶通濾波器，該濾波器能夠保證振蕩頻率式(1.1)完全通過。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0022] 本發(fā)明中重點(diǎn)指出電壓源型變流器與電網(wǎng)間存在固有諧振點(diǎn)，進(jìn)而誘發(fā)機(jī)-網(wǎng)電 氣振蕩，該電氣振蕩的形成機(jī)制與目前常見的次同步振蕩不同，次同步振蕩主要與線路串 聯(lián)補(bǔ)償裝置有關(guān)，而該電氣振蕩主要與變流器的電流控制有關(guān)。可以預(yù)見，隨著可再生能源 在電力系統(tǒng)中的比重不斷增加，以同步機(jī)主導(dǎo)的低頻振蕩模式將逐漸向以電壓源型變流器 主導(dǎo)的電氣振蕩模式過渡。本發(fā)明基于以上機(jī)理，確定了描述電壓源型變流器與電網(wǎng)間固 有諧振點(diǎn)的解析式，提出了用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定器(VSC-Power system stabilizer，VPSS)，并給出了用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)的建立方法，能夠 有效地對(duì)電壓源型變流器產(chǎn)生的電氣振蕩進(jìn)行抑制，且具有良好的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0024]圖1為VSC-電網(wǎng)研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2為含VPSS的VSC電流控制結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3為用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)建立的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明提供的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)，包括電流調(diào)節(jié)模 塊、變流器以及鎮(zhèn)定器；
[0029] 所述電流調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的給定電流，并輸出調(diào)節(jié)后的電流至變流器；
[0030] 所述變流器，用于根據(jù)鎮(zhèn)定器發(fā)出的電壓信號(hào)輸出不同的輸出電壓值；
[0031] 所述鎮(zhèn)定器，用于抑制電壓源型變流器產(chǎn)生的電氣振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。其通過附 加控制回路，耦合到電流控制環(huán)路的輸出電壓上(圖2)。
[0032] 所述鎮(zhèn)定器包括:該鎮(zhèn)定器包含帶通濾波器(T1，T2)和阻尼增益KVPSS，鎮(zhèn)定器的注 入為變流器的輸出電流d，q軸分量，鎮(zhèn)定器的輸出為電壓，疊加到電流控制輸出電壓上。（圖 2)
[0033]根據(jù)本發(fā)明提供的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)的建立方法，包括如 下步驟(如圖3):
[0034] 步驟1:確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率；
[0035]步驟2:通過VSC電網(wǎng)的諧振頻率設(shè)置鎮(zhèn)定器的帶通濾波器時(shí)間常數(shù)T1、時(shí)間常數(shù) T2,當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，重新計(jì)算諧振頻率，并校正時(shí)間常數(shù)T1、時(shí)間常數(shù)T2;
[0036]步驟3:通過電氣仿真構(gòu)建電網(wǎng)模型，設(shè)置參數(shù)KVPSS，并驗(yàn)證鎮(zhèn)定器的鎮(zhèn)定效果。 [0037]如果按照以上設(shè)計(jì)的時(shí)間常數(shù)T1、時(shí)間常數(shù)T2以及KVPSS可以有效阻尼電氣振蕩， 則鎮(zhèn)定有效，結(jié)束;若鎮(zhèn)定無效，則調(diào)整鎮(zhèn)定器的增益Kvpss參再進(jìn)行電氣仿真驗(yàn)證鎮(zhèn)定器的 鎮(zhèn)定效果，直到達(dá)到阻尼電氣振蕩的目的。
[0038] 具體地，如圖1所示，ωρ11表示鎖相環(huán)輸出頻率，下標(biāo)PLL表示鎖相環(huán)，《pcc表示并 網(wǎng)點(diǎn)電壓頻率，PCC表示并網(wǎng)點(diǎn)，ω s表示電網(wǎng)額定頻率，表示變流器輸出電壓相量，表 示變流器輸出電流相量表示并網(wǎng)點(diǎn)電壓相量，Ls表示電網(wǎng)電感，表示等值電網(wǎng)電壓 相量，哲"表示并網(wǎng)點(diǎn)電壓在PLL參考系下的相量，θ ρ11表示鎖相環(huán)輸出相角，θρ。。表示PCC點(diǎn) 電壓相角，表示參考電流，LT為升壓變壓器漏感，L gS戴維南等效電網(wǎng)電感（由電網(wǎng)短路 容量決定）
[0039] 根據(jù)以上VSC電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電流控制器，確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率 <::，計(jì)算公 式如下：
[0040]
[0041] 式中：ac為電流環(huán)控制器帶寬，￡電流環(huán)控制器阻尼比，Lj：為電感和升壓變漏感之 和。進(jìn)一步地，通過該諧振點(diǎn)的確定是用于VPSS中校正器的帶寬設(shè)計(jì)。
[0042] 如圖2所示，給出含VPSS的VSC電流控制結(jié)構(gòu)圖，該鎮(zhèn)定器的輸入為變流器輸出電 流，鎮(zhèn)定器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為式（1.2)，輸出疊加到電流調(diào)節(jié)器的輸出，作為整體變流器輸出電壓 指令Gvpss 〇
[0043]
[0044] 式中，Kvpss為鎮(zhèn)定器增益，T1、T2分別為時(shí)間常數(shù)，鎮(zhèn)定器構(gòu)成帶通濾波器，該濾波 器應(yīng)保證振蕩頻率式（1.1)完全通過。
[0045] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相 互組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)，其特征在于，包括：電流調(diào)節(jié)模塊、 變流器以及鎮(zhèn)定器； 所述電流調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的給定電流，并輸出調(diào)節(jié)后的電流至變流器； 所述變流器，用于根據(jù)鎮(zhèn)定器發(fā)出的電壓信號(hào)輸出不同的輸出電壓值； 所述鎮(zhèn)定器，用于抑制電壓源型變流器產(chǎn)生的電氣振蕩。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)，其特征在于，所述 鎮(zhèn)定器包括:帶通濾波器，鎮(zhèn)定器輸出的電壓疊加到電流控制輸出電壓上。3. -種用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)的建立方法，其特征在于，包括如下 步驟： 步驟1:確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率； 步驟2:通過VSC電網(wǎng)的諧振頻率設(shè)置鎮(zhèn)定器的帶通濾波器時(shí)間常數(shù)T1、時(shí)間常數(shù)T2,當(dāng) 電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，重新計(jì)算諧振頻率，并校正時(shí)間常數(shù)TU時(shí)間常數(shù)T2; 步驟3:通過電氣仿真構(gòu)建電網(wǎng)模型，設(shè)置阻尼增益Kvpss并驗(yàn)證鎮(zhèn)定器的鎮(zhèn)定效果。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)的建立方法，其特 征在于，所述步驟1包括： 根據(jù)VSC電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的電流控制器，確定VSC電網(wǎng)的諧振頻率〇計(jì)算公式如下：式中：cos表示電|Wj額足頻卒，ac表不電沭壞捏制器帶莧，ε表示電流環(huán)控制器阻尼比，L c 表示電網(wǎng)電容，Le表示電感和升壓變漏感之和。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于電壓源型變流器的電氣振蕩鎮(zhèn)定系統(tǒng)的建立方法，其 特征在于，所述步驟2包括:給出含鎮(zhèn)定器的VSC電流控制結(jié)構(gòu)圖，該鎮(zhèn)定器的輸入為變流器 輸出電流，鎮(zhèn)定器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為式（1.2)，輸出疊加到電流調(diào)節(jié)器的輸出，作為整體變流器輸 出電壓指令Gvpss，計(jì)算公式如下：(L2) 式中，Kvpss為鎮(zhèn)定器增益，T1、T2分別為時(shí)間常數(shù)，s表示拉普拉斯變換中的復(fù)變量，鎮(zhèn)定 器構(gòu)成帶通濾波器，該濾波器能夠保證振蕩頻率式(1.1)完全通過。
【文檔編號(hào)】H02J3/24GK105896572SQ201610345821
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】蔡旭, 張琛, 李征
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)