基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强方法及装置

本技术涉及电力电子变流器控制，尤其涉及一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强方法及装置。

背景技术：

1、随着新能源渗透率的不断提升，高比例可再生能源和高比例电力电子设备显著影响了电力系统的暂态特性，带来了全新的电力供应安全稳定性问题。

2、在新能源发电系统并网实践中，主流技术倾向于采用电力电子变流器作为功率传输的关键元件，变流器通过内置的锁相环机制来捕获电源的频率和相位信息，从而确保并网过程的同步性。然而，与经典的同步发电机相比，电力电子变流器的暂态同步性能更多地依赖于其特定的控制策略和控制参数的优化。

3、近年来，研究指出，当变流器遭遇如电源电压骤降等严重扰动时，这些扰动可能会显著改变变流器的工作状态。在这样的暂态过程中，原本依赖锁相环维持的同步性可能受到挑战，导致变流器无法有效重新与电源同步，进而引发失步故障的风险。这种失步现象对新能源发电系统的稳定运行构成了潜在威胁，因此成为了当前研究和工程实践中关注的重点问题。

4、目前针对交直流混合输电系统的控制主要通过储能系统控制直流母线电压，通过变流器实现功率的双向流动，然而这种控制方式在直流母线电压发生较大波动的情况下控制性能较差，容易造成直流母线电压崩溃，变流器功角失稳等暂态稳定性问题。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的是提供一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强方法，有效避免因电源电压跌落而导致变流器同步失稳的问题。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强方法，其特征在于，包括：

3、建立考虑直流电压控制的变流器四阶大信号模型；

4、根据所述变流器四阶大信号模型，构建变流器功-角摇摆方程；

5、根据所述变流器功-角摇摆方程，确定交直流混合供电系统的暂态稳定性影响因素；

6、根据所述暂态稳定性影响因素，构建基于变流器角速度的可变角速度补偿信号；

7、将所述可变角速度补偿信号引入所述变流器功-角摇摆方程，以增大变流器等效转动阻尼系数，进而提升变流器的暂态稳定性。

8、可选的，所述四阶大信号模型的表达式如下：

9、

10、其中：上标'表示微分算符，δ表示相角差，iq表示电流的q轴分量，kpllp和kplli分别表示锁相环的比例增益和积分增益，kpc和kic分别表示电流控制环的比例和积分增益，ug表示远端交流电源连接点处的电压幅值，idref和iqref分别表示直流电压控制器确定的d、q轴有功电流参考值，lg是电源电感，lf是滤波电感；

11、所述相角差δ的时域动态表达式如下：

12、δ＝θpll-θg＝∫δω

13、其中：θpll和θg分别为锁相环输出角度和远端交流电源电压相角，当新能源装置受到大扰动时，锁相环暂态同步能力下降，暂态同步过程中θpll与θg不相等，这两个角度之间的相角差δ超过180°则会出现失步现象；

14、所述有功电流参考值idref的表达式如下：

15、idref＝(kvp+∫kvi)(vdc-vdcref)

16、其中：kvp和kvi分别表示直流电压控制(directvoltagecontrol，dvc)的比例增益和积分增益，vdc和vdcref分别表示变流器的直流电压和dvc的电压基准值。

17、可选的，所述变流器功-角摇摆方程的表达式如下：

18、

19、其中：pt表示交直流混合供电系统等效机械功率，pe表示交直流混合供电系统等效电磁功率，dv表示交直流混合供电系统的等效转动阻尼系数，jv表示交直流混合供电系统的等效转动惯量，ωg是电源基波角频率；δω为锁相环输出角频率ωpll与基本角频率ωg之差；lg是电源电感。

20、可选的，所述暂态稳定性影响因素为使系统等效转动阻尼系数减小的因素即可认定为系统稳定性的影响因素。

21、可选的，所述可变角速度补偿信号f的表达式为：

22、f＝(idref|+ug)lgkpllp

23、式中，idref是有功电流参考；ug表示远端交流电源连接点处的电压幅值；lg是电源电感；kpllp是锁相环的比例；

24、所述可变角速度补偿信号f恒大于零，能够根据电源电压ug和直流电压控制器确定的有功电流参考idref进行自适应的大小调整，从而起到变流器系统锁相环可变角速度的实时补偿。

25、可选的，将利用所述可变角速度补偿信号引入所述变流器功-角摇摆方程，以增大变流器等效转动阻尼系数，包括：

26、通过电压测量系统测量电源电压的d轴分量ugd，当ugd小于系统允许最低电压uph时，即判定电源发生故障，锁相环使能判断信号，将可变角速度补偿信号f引入交直流混合供电系统的等效转动阻尼系数以抵消电源电压ug下降对系统稳定性的消极影响，增大系统等效转动阻尼系数从而提升系统暂态稳定性。

27、可选的，引入可变角速度补偿信号f后，所述变流器功-角摇摆方程变为：

28、

29、其中：dv*表示改进后的交直流混合供电系统等效转动阻尼系数。

30、根据本技术实施例的第二方面，提供一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强装置，包括：

31、模型建立模块，用于建立考虑直流电压控制的变流器四阶大信号模型；

32、方程构建模块，用于根据所述变流器四阶大信号模型，构建变流器功-角摇摆方程；

33、因子确定模块，用于根据所述变流器功-角摇摆方程，确定交直流混合供电系统的暂态稳定性影响因素；

34、信号构建模块，用于根据所述暂态稳定性影响因素，构建基于变流器角速度的可变角速度补偿信号；

35、稳定增强模块，用于将利用所述可变角速度补偿信号引入所述变流器功-角摇摆方程，以增大变流器等效转动阻尼系数，进而提升变流器的暂态稳定性。

36、根据本技术实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

37、一个或多个处理器；

38、存储器，用于存储一个或多个程序；

39、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。

40、根据本技术实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。

41、本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

42、由上述实施例可知，本技术建立了考虑直流电压控制的变流器四阶大信号模型，通过类比传统发电机转子功-角摇摆方程，获得变流器功-角摇摆方程，从而获得影响变流器系统稳定性的影响因素，根据所述暂态稳定性影响因素，构建基于变流器角速度的可变角速度补偿信号，将所述可变角速度补偿信号引入所述变流器功-角摇摆方程，以增大变流器等效转动阻尼系数，进而提升变流器的暂态稳定性。该方法为提升变流器大扰动下的暂态同步稳定性提供参考。

43、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。

技术特征：

1.一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四阶大信号模型的表达式如下：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变流器功-角摇摆方程的表达式如下：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述暂态稳定性影响因素为使系统等效转动阻尼系数减小的因素即可认定为系统稳定性的影响因素。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变角速度补偿信号f的表达式为：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将利用所述可变角速度补偿信号引入所述变流器功-角摇摆方程，以增大变流器等效转动阻尼系数，包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，引入可变角速度补偿信号f后，所述变流器功-角摇摆方程变为：

8.一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于可变角速度的变流器暂态稳定性增强方法及装置，包括：建立考虑直流电压控制的变流器四阶大信号模型；根据所述变流器四阶大信号模型，构建变流器功‑角摇摆方程；根据所述变流器功‑角摇摆方程，确定交直流混合供电系统的暂态稳定性影响因素；根据所述暂态稳定性影响因素，构建基于变流器角速度的可变角速度补偿信号；将所述可变角速度补偿信号引入所述变流器功‑角摇摆方程，以增大变流器等效转动阻尼系数，进而提升变流器的暂态稳定性。

技术研发人员：年珩,陆凯东,花斌,胡彬,赵志坚,王垚鑫,许国东
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5