构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法及系统

本发明涉及并网逆变器控制领域，特别是一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法及系统。

背景技术：

1、在实际工程中，使用锁相环以实现变换器与电网同步的逆变器称为跟网型逆变器；模拟或部分模拟同步发电机组运行的外特性，自主建立参考电压和相角的逆变器称为构网型逆变器。现有研究表明构网型新能源并网逆变器的引入可以提高以跟网型新能源并网逆变器为主导的新能源并网系统在弱电网条件下的稳定性。然而，随着新能源发电并网渗透率日渐提高，其本身固有的间歇性和波动性特征会导致高比例新能源电力系统的电网强度在较宽范围内变化，这容易造成新能源并网系统产生振荡风险。

2、目前的研究大多集中在附加振荡抑制装备方面，但是这增加了投资成本，且其安装选址更增加了实施难度，不易应用于工程实践中。构网型新能源并网逆变器和跟网型新能源并网逆变器的硬件电路拓扑相同，因此只需将新能源并网系统的部分原本以跟网型控制运行的逆变器改变为构网型控制即可，该方法的实现无需额外添加振荡抑制装备，可以减少投资成本，并省去安装选址等繁琐工作。

3、构网型逆变器在强电网下容易产生次同步振荡，将其加入跟网型逆变器主导的新能源并网系统中会削弱系统的对称频率分量，超同步频段的振荡分量会被削弱。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法及系统，有效地抑制系统振荡，提高电网强度宽范围变化时构网/跟网型新能源混合并联系统的运行稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，构网/跟网型新能源混合并联系统包括并联的跟网型新能源并网逆变器和构网型新能源并网逆变器；该方法包括以下步骤：

3、s1、分别获取构网型新能源并网逆变器输出三相电压uam、ubm、ucm和输出三相电流iam、ibm、icm，跟网型新能源并网逆变器的直流侧电压udcl、输出三相电压ual、ubl、ucl和输出三相电流ial、ibl、icl；

4、s2、由构网型新能源并网逆变器有功功率pm和其参考值pm*计算得到有功控制环输出的参考角频率ωm；由pcc点电压幅值um和其额定值um*，无功功率qm和其参考值qm*计算得到无功控制环输出的电压参考值em；

5、s3、利用有功控制环输出的参考角θm对uam、ubm、ucm和iam、ibm、icm分别进行派克变换，得到构网型新能源并网逆变器输出电压的d轴分量udm和q轴分量uqm，以及输出电流的d轴分量idm和q轴分量iqm；由电压参考值em，输出电压d轴分量udm和q轴分量uqm，得到构网型新能源并网逆变器输出电流参考值的d轴分量idm*和q轴分量和iqm*；

6、s4、由构网型新能源并网逆变器输出电流的d轴分量idm和q轴分量iqm及idm的参考值idm*和iqm的参考值iqm*，得到构网型新能源并网逆变器占空比的d轴分量和q轴分量ddm和dqm；由跟网型新能源并网逆变器直流侧电容电压参考值udc*和实测值udc，得到跟网型新能源并网逆变器输出电流d轴分量的参考值idl*；

7、s5、通过锁相环得到锁相角θpll，并利用锁相角θpll将ual、ubl、ucl和ial、ibl、icl分别进行派克变换，得到输出电压的d轴分量udl和q轴分量uql，输出电流的d轴分量idl和q轴分量iql；利用输出参考角θm对ddm和dqm进行反派克变换，得到三相占空比信号dam，dbm，dcm，用于控制构网型新能源并网逆变器开关管的开通与关断；

8、由跟网型新能源并网逆变器d轴和q轴电压udl和uql及其参考值udl*、uql*，d轴和q轴电流idl和iql及其参考值idl*、iql*，得到跟网型新能源并网逆变器占空比的d轴分量ddl和q轴分量dql；利用锁相频率对ddl，dql进行反派克变换，得到三相占空比信号dal，dbl，dcl，用于控制跟网型新能源并网逆变器开关管的开通与关断。

9、本发明通过在构网型逆变器的电压控制环节添加一个阻尼补偿控制器，使得构网/跟网型新能源混合并联系统阻抗被重塑，同时削弱了系统阻抗的负阻尼特性。因此，构网/跟网型新能源混合并联系统与电网阻抗间的交互作用削弱，次同步振荡被抑制，从而使系统在电网强度宽范围变化时的运行稳定性得到提高。

10、步骤s2中，参考角频率ωm和无功控制环输出的电压参考值em的计算公式为：

11、

12、其中，ω0为基频角频率，dp为有功阻尼系数，j为虚拟惯量，dq为无功阻尼系数，k为无功惯性系数。

13、步骤s3中，构网型新能源并网逆变器输出电流参考值的d轴分量idm*和q轴分量和iqm*的计算公式为：

14、

15、其中，kpu_m和kiu_m分别为构网型新能源并网逆变器电压pi控制器的比例系数和积分系数，cfm为构网型新能源并网逆变器滤波电容值，ff(s)为阻尼补偿控制器的传递函数，ω0为基频角频率。

16、阻尼补偿控制器ff(s)的传递函数表达式为：其中ka、kb为阻尼补偿系数，ωa、ωb为阻尼补偿角频率，且ka>kb，ωb>ωa。

17、步骤s4中，构网型新能源并网逆变器占空比的d轴分量和q轴分量ddm和dqm的计算公式为：

18、

19、其中，kpi_m和kii_m分别为构网型新能源并网逆变器电流pi控制器的比例系数和积分系数，lfm为构网型新能源并网逆变器滤波电感值，vdcm为构网型新能源并网逆变器直流侧电压值，ω0为基频角频率。

20、步骤s4中，跟网型新能源并网逆变器输出电流d轴分量的参考值idl*的计算公式为：其中，kpu_l和kiu_l分别为跟网型新能源并网逆变器直流电压pi控制器的比例系数和积分系数。

21、跟网型新能源并网逆变器占空比的d轴分量ddl和q轴分量dql的计算公式为：其中，kpi_l和kii_l分别为跟网型新能源并网逆变器电流pi控制器的比例系数和积分系数；lfl为滤波电感值，vdcl为直流侧电压值。

22、作为一个发明构思，本发明还提供了一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制系统，包括跟网型新能源并网逆变器、构网型新能源并网逆变器；所述跟网型新能源并网逆变器、构网型新能源并网逆变器均与处理器连接；所述处理器被配置或编程为用于执行本发明上述方法的步骤。

23、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提供了一种改进的阻尼补偿控制方法来抑制因电网强度在宽范围内变化而引起的系统振荡，控制方法简单、经济。

技术特征：

1.一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，构网/跟网型新能源混合并联系统包括并联的跟网型新能源并网逆变器和构网型新能源并网逆变器；其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，步骤s2中，参考角频率ωm和无功控制环输出的电压参考值em的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，步骤s3中，构网型新能源并网逆变器输出电流参考值的d轴分量idm*和q轴分量和iqm*的计算公式为：

4.根据权利要求3所述的构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，阻尼补偿控制器ff(s)的传递函数表达式为：其中ka、kb为阻尼补偿系数，ωa、ωb为阻尼补偿角频率，且ka>kb，ωb>ωa。

5.根据权利要求1所述的构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，步骤s4中，构网型新能源并网逆变器占空比的d轴分量和q轴分量ddm和dqm的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，步骤s4中，跟网型新能源并网逆变器输出电流d轴分量的参考值idl*的计算公式为：其中，kpu_l和kiu_l分别为跟网型新能源并网逆变器直流电压pi控制器的比例系数和积分系数。

7.根据权利要求1所述的构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，跟网型新能源并网逆变器占空比的d轴分量ddl和q轴分量dql的计算公式为：其中，kpi_l和kii_l分别为跟网型新能源并网逆变器电流pi控制器的比例系数和积分系数；lfl为滤波电感值，vdcl为直流侧电压值。

8.一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制系统，其特征在于，包括跟网型新能源并网逆变器、构网型新能源并网逆变器；所述跟网型新能源并网逆变器、构网型新能源并网逆变器均与处理器连接；所述处理器被配置或编程为用于执行权利要求1～7之一所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种构网/跟网型新能源混合并联系统次同步振荡抑制方法及系统，通过在构网型新能源并网逆变器电压控制环节中加入阻尼补偿控制器来重塑混合并联系统阻抗，以削弱其负阻尼特性。此方法可以有效地提高构网/跟网型新能源混合并联系统的运行稳定性，抑制因电网强度宽范围变化而引起的系统次同步振荡。本发明可用于解决新能源发电装备并网产生的次同步振荡问题。技术研发人员：陈燕东,赵琛,谢志为,伍文华,练之洁,徐嘉诚受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10