CN111509760A - 一种区域间电网互联用vsc虚拟同步方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统,在受端换流器控制中,构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性,当受端电网受扰后,受端换流器为控制系统提供惯量支撑;在送端换流器控制中,通过测量送端电压波动与直流电流的波动计算受端交流系统的频率波动;通过模拟同步机的一次调频特性计算受端系统频率偏差调整送端换流器有功功率参考值,在受端电网受扰时,送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑,实现VSC虚拟同步。本发明通过送端换流器和受端换流器之间的协调配合,可有效模拟同步机,在系统受扰时,利用电容储能及送端电网的调频能力为其提供惯量和频率支撑。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域,具体涉及一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统。
背景技术
近年来,随着电力电子技术的发展,柔性直流输电技术(voltage sourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)在大规模新能源并网、区域间电网异步互联和无源网络送电等领域中的得到广泛运用。相比于传统直流输电,VSC-HVDC具有无需大容量无功补偿占地面积小、无换相失败问题、实现有功无功解耦等优良特性。基于VSC-HVDC的异步互联电网中,受端换流器(receiving side-VSC,RS-VSC)主要通过直流电压控制保证有功功率的传输,通过无功功率控制调整与受端电网交换的无功。该控制策略主要依赖于锁相环(phase lock loop,PLL)跟踪的电网电压定向矢量控制。
然而,传统的VSC-HVDC阻断了送端和受端交流系统之间的联系,使得受端电网的“等效惯量”不断降低。在受端电网发生扰动后,由于VSC-HVDC的有效解耦,送端系统无法响应其扰动,无法提供有效的惯量支撑,导致受端电网的暂态期间频率偏差斜率(rate ofchange of frequency,ROCOF)增大,严重影响系统稳定运行。另一方面,随着基于换流器的新能源在交流电网中渗透率的不断增大,受端电网的短路比(short circuit ratio,SCR)逐渐降低,电网逐渐变薄弱。研究表明,在弱电网场景下,锁相环的动态过程会影响控制系统的稳定性;极端工况下,锁相环会为控制系统引入负阻尼,从而造成换流器的次同步振荡现象。因此,在上述场景中,传统基于锁相环的VSC-HVDC异步联网控制策略并不适用,亟需研究适应于未来能源互联网发展的新型控制策略。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统,通过送端换流器和受端换流器之间的协调配合,可有效模拟同步机,在系统受扰时,利用电容储能及送端电网的调频能力为其提供惯量和频率支撑。
本发明采用以下技术方案:
一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,在受端换流器控制中,构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性,当受端电网受扰后,受端换流器为控制系统提供惯量支撑;在送端换流器控制中,通过测量送端电压波动与直流电流的波动计算受端交流系统的频率波动;通过模拟同步机的一次调频特性计算受端系统频率偏差调整送端换流器有功功率参考值,在受端电网受扰时,送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑,实现VSC虚拟同步。
具体的,受端换流器控制中,确定受端换流器直流电压VDC2r和换流器交流线电压有效值VCr之间的关系,将调制比设置为恒定值;基于标称值定义,在标幺制下,确定直流电压和换流器交流电压关系;将受端换流器频率和直流电压按下垂关系进行人为耦合;推导RS-VSC的虚拟惯量常数HC,根据RS-VSC换流器电压相位δC的控制律实现受端换流器无需PLL的同步控制。
进一步的,RS-VSC换流器电压相位δC的控制律定义如下:
其中,ωB为系统的基准角频率,fC为换流器频率,fC0为RS-VSC的换流器频率,δC0为。
进一步的,受端换流器直流电压VDC2r和换流器交流线电压有效值VCr之间的关系为:
其中,mabc为换流器abc三相电压的调制比,不考虑三相不对称情况,有ma=mb=mc=m;VDC2r与VCr均为有名值。
进一步的,将受端换流器频率和直流电压按照下垂关系进行人为耦合如下:
VDC2-VDC20=kDC·(fC-fC0)
其中,kDC为直流电压-频率的下垂系数;VDC20为受端换流器侧的直流电压稳态值;fC为换流器频率,fC0为RS-VSC的换流器频率。
具体的,送端换流器控制中,受端交流系统的频率波动ΔfC计算如下:
其中,R为直流输电线路等值电阻;ΔI为直流电流波动;ΔVDC1为直流电压波动。
具体的,SS-VSC的有功功率参考值PS *设置如下:
其中,kf为SS-VSC的一次调频下垂系数;PS0为SS-VSC设置的功率参考初始值,ΔPS为系统动态期间SS-VSC功率参考修改值,fC为换流器频率,fC0为RS-VSC的换流器频率。
本发明的另一个技术方案是,一种区域间电网互联用VSC-HVDC系统,利用权利要求1至7所述的方法,包括SS-VSC换流器;SS-VSC换流器的输入端依次经送端交流系统母线电压VS1、连接送端交流系统和SS-VSC的变压器T1和SS-VSC交流母线电压VC1后与同步发电机连接,输出端经直流电缆与RS-VSC换流器的输入端连接,SS-VSC换流器负责收集送端交流系统发出的有功功率,SS-VSC换流器和RS-VSC换流器之间的直流电缆上并联设置有送端直流电压VDC1和受端直流电压VDC2;RS-VSC换流器的输出端与受端弱交流系统连接,负责向受端弱交流系统传输电能;受端弱交流系统包括一台等效同步机发电机,RS-VSC换流器的输出端依次经RS-VSC交流母线电压VC2、连接受端交流系统和RS-VSC的变压器T2、交流线路等效阻抗XL和受端交流系统母线电压VS2后与同步发电机连接,VS2还分别连接开关L1和L2。
本发明的另一个技术方案是,一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行根据所述的方法中的任一方法。
本发明的另一个技术方案是,一种计算设备,包括:
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,受端换流器通过模拟惯量响应为系统提供惯量,同时实现无需PLL的虚拟同步;送端换流器通过模拟同步机一次调频特性调整送端换流器有功功率参考值,在受端电网受扰时,送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑。
进一步的,在受端换流器控制中,通过构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性,利用直流电压的动态过程实现无需PLL的换流器自同步过程;同时,利用受端换流器直流电容器储能为系统提供惯量支撑。
进一步的,基于所定义的下垂特性,通过直流电压波动计算频率波动,进而得到RS-VSC换流器电压相位δC的控制律。在该控制律下,换流器可实现无需PLL的自同步过程。
进一步的,送端换流器通过模拟同步机一次调频特性调整送端换流器有功功率参考值,在受端电网受扰时,送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑。
一种区域间电网互联用VSC-HVDC系统,VSC-HVDC系统连接送端强交流系统和受端弱交流系统,其中受端弱交流系统包括本地负荷和一台等效同步机;通过所提的控制策略,VSC-HVDC通过调用送端系统的调频能力与直流电容器的储能,为受端弱交流系统提供频率支撑。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明流程图;
图2为单换流器连接交流电网示意图;
图3为RS-VSC惯量响应模拟和同步机的对比图;
图4为本发明的整体控制框图;
图5为测试的用于区域间互联的VSC-HVDC测试系统示意图;
图6为不同模型在不同场景下的仿真图,其中,(a)为与传统基于PLL的电网跟踪型控制进行对比,(b)为受端电网负荷突增场景下本发明控制策略的动态过程。
具体实施方式
本发明提供了一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,在受端换流器控制中,构造受端VSC直流电压与受端VSC换流器频率间的下垂特性。当受端电网受扰后,受端换流器可为系统提供惯量支撑。在送端换流器控制中,通过测量送端直流电压与直流电流的波动,进而计算受端交流系统的频率波动。通过模拟同步发电机机的一次调频过程,在受端电网受扰时,送端电网可不依赖通讯为受端电网提供频率支撑。和传统控制相比,该发明通过送端换流器和受端换流器之间的协调配合,可有效模拟同步机,在系统受扰时,利用电容储能及送端电网的调频能力为其提供惯量和频率支撑。
请参阅图1,本发明一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,包括以下步骤:
S1、受端换流器控制
S101、固定调制比控制;
RS-VSC接入交流电网示意图如图2所示。其中,交流系统用无穷大电压源进行模拟,其端电压为VS;为了简化,线路阻抗用电抗Xl表示;换流器电抗用XC表示;公共点电压(point of common coupling,PCC)用VPCC表示;换流器电压的幅值和相位角分别用VC和δC表示;RS-VSC侧直流电压用VDC2表示。
为了充分利用换流器自身的潜力为受端弱交流系统提供电压支撑,一种直接的思路是将RS-VSC控制成为一个理想电压源。根据两电平换流器的基本知识,RS-VSC的直流电压VDC2r和换流器交流线电压有效值VCr之间有如下关系:
其中,mabc为换流器abc三相电压的调制比,不考虑三相不对称情况,因此ma=mb=mc=m;VDC2r与VCr均为有名值;该控制策略中,将调制比设置为恒定值。
为了统一推导过程,直流电压和换流器交流电压的标称值VDC2n与VCn定义如下:
其中,mn为换流器调制比的标称值。
基于标称值定义,在标幺制下,直流电压和换流器交流电压之间的关系式可表示为:
为了使RS-VSC为交流系统提供电压支撑能力,RS-VSC将调制比m控制成为固定值。RS-VSC的固定调制比控制有效模拟了同步机经典模型中内电势恒定的特性。
S102、惯量模拟;
传统的并网型换流站依赖于锁相环(PLL)来获取并网点相位以实现和电网同步,同时利用基于PLL的矢量控制达到有功和无功的有效解耦。然而,这种基于PLL的电网跟踪型控制在电网较弱或PLL带宽较高情况时,将为控制系统引入负阻尼,导致系统不稳定。而且,由于VSC-HVDC解耦了交流系统之间的联系,传统的VSC控制无法为交流系统提供充足的惯量支撑。基于以上传统VSC控制的缺点,本发明提出了无需PLL,同时能够为受端系统提供充足惯量支撑的VSC控制。
传统的同步机的在受扰后,通过其转子加速和减速的过程,最终能恢复到一个新的稳态。在该过程中,转子的部分动能被存储或释放用于系统短时的惯量支撑。上述同步机的暂态过程被称作“惯量响应”。受到同步机特性的启发,RS-VSC也可以模拟类似的惯量响应特性。
稳态下,假设RS-VSC的换流器频率为fC0,换流器交流电压幅值为VC,初始相角为C0。在受端电网扰动下,RS-VSC直流电压的动态过程可用如下方程描述:
其中,SB为系统的基准容量;CDC,C分别是RS-VSC侧的直流电容有名值和标幺值;ΔPR和PS分别是受端和送端换流器功率输出的偏差量。从上式中可以清楚看到,受端电网任意的功率不平衡过程会反映到直流电压的波动上。这与同步机转子转速能反映外部电网功率波动的过程十分类似。为了使得RS-VSC具有惯量响应的能力,换流器的频率要依据电网功率波动的变化而变化。
因此,本文将RS-VSC的换流器频率和直流电压按照一定的下垂关系进行人为耦合:
VDC2-VDC20=kDC·(fC-fC0) (5)
其中,kDC直流电压-频率的下垂系数;VDC20为RS-VSC侧的直流电压稳态值;fC为换流器频率。
换流器频率fC的控制法则如下:
fC=1/kDC·(VDC2-VDC20)+fC0 (6)
将式(6)代入式(4)中,得在直流电压-频率下垂控制法则下,RS-VSC的直流电压动态过程可描述为:
式(7)和同步机功角动态方程在数学形式上具有高度的一致性。不同的是,同步机利用转子自身的动能来提供惯量响应,而RS-VSC利用直流电容器存储的电能来提供惯量响应,最终达到降低系统动态期间频率变化率(rate of change of frequency,ROCOF)的目的,RS-VSC惯量响应模拟和同步机的对比图如图3所示。
因此,根据式(7),在所提控制策略下,RS-VSC的虚拟惯量常数HC推导为:
式(8)表明,直流电容器的电容C越大,下垂系数kDC越大,直流电压稳态值VDC20越高,RS-VSC在暂态期间为系统所能提供的惯量支撑就越多。
同时,RS-VSC换流器电压的相位δC的控制律可定义如下:
其中,ωB为系统的基准角频率。
综上,分别构成了RS-VSC换流器电压的幅值VC、频率fC和相位δC的控制律;在控制策略下,RS-VSC能够充分模拟同步机的优良特性,利用直流电容电压波动耦合电网功率变化,实现了无需PLL即能实现自同步的控制机制。同时,该控制策略通过在暂态期间直流电容的充放电过程来为弱交流系统提供惯量支撑。
S2、送端换流器控制
S201、通过近端直流电压和电流波动计算受端频率波动;
受端交流系统频率波动会引发受端直流电压VDC2的波动,若只考虑直流输电线路的电阻,受端直流电压VDC2和送端直流电压VDC1之间存在如下关系:
VDC1=VDC2+R·I (10)
其中,R为直流输电线路等值电阻;I为直流电流。
将式(10)线性化,同时代入式(5):
ΔVDC1=ΔVDC2+RΔI=kDCΔfC+RΔI (11)
根据式(12),所提的RS-VSC控制策略下,不需要通讯,送端通过测量直流电压波动与直流电流的波动即可计算受端交流系统的频率波动。
S202、一次调频控制
为了充分发挥送端源侧系统的紧急救援能力,为受端系统提供更加充足的频率支撑能力,SS-VSC可模拟同步机的一次调频过程。SS-VSC可根据式(12)中计算的受端系统频率偏差来调整送端换流器有功功率参考值。因此,SS-VSC的有功功率参考值PS *可设置如下:
其中,kf为SS-VSC的一次调频下垂系数;PS0为SS-VSC设置的功率参考初始值。
S3、根据步骤S1和S2进行区域间互联VSC-HVDC整体控制实现无需PLL的控制,为受端弱交流系统提供频率支撑。
请参阅图4,送端交流系统1和受端交流系统2通过两端VSC-HVDC进行连接。VSC-HVDC由送端换流器(SS-VSC),直流电缆,受端换流器(RS-VSC)构成。SS-VSC负责收集送端输出功率,受端换流器负责传输来自SS-VSC的功率。送端系统根据所计算的受端系统频率波动来改变SS-VSC的功率参考值,进而响应受端电网的频率波动,提供有效的频率支撑,该过程和同步机的一次调频过程十分类似。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图5,为测试的用于区域间互联的VSC-HVDC测试系统,送端交流系统由一台同步发电机构成,通过变压器与SS-VSC连接。受端弱交流系统由一台等效同步机发电机以及若干本地负荷构成,通过传输线路和变压器与RS-VSC连接。两端换流器通过直流电缆连接。SS-VSC负责收集送端交流系统发出的有功功率,RS-VSC负责向受端弱交流系统传输电能。其余相关参数如表1和表2所示:
表1 VSC-HVDC相关参数
表2同步发电机参数
请参阅图6,图6a中,将所发明的策略与传统基于PLL的电网跟踪型控制进行对比,为了体现所提策略适在受端弱电网条件下的优越性,在t=1s时,调整线路阻抗XL,受端交流系统短路比由3.6下降至1.8。受端系统短路比降低时,所发明的控制策略可以有效维持PCC点电压的稳定。
然而,在传统基于PLL的控制下,PCC点电压在短路比降低后产生了明显的振荡。在低短路比场景下,相比于低带宽控制参数下的PLL,高带宽控制参数下的PLL会放大PCC点q轴电压的测量误差,最终导致输出功率的振荡。
以上结果对比可知,在较弱电网场景下,传统基于PLL的控制策略在某些情况下并不适用。PLL的动态过程会影响换流器的稳定性,在一些极端工况下会出现失稳振荡现象。所发明的控制策略消除了PLL的负面影响,通过模拟传统同步机的同步机机理和惯量响应过程,RS-VSC能够为弱交流电网提供充足的电压支撑和频率支撑,提高受端弱交流系统的稳定性。
图6b中研究在受端电网负荷突增场景下,所发明控制策略的动态过程。与受端交流系统连接的两个负载使用恒功率模型,其中PL1+jQL1为350MW+120Mvar,PL2+jQL2为50MW+10Mvar。在t=5s时,负载PL2+jQL2投入。
其中,图6b分别对比了无任何附加控制策略,仅惯量响应控制策略和所提控制策略(下面为了方便叙述,分别称作为方案A,方案B和方案C)三种方案的仿真结果。其中,在无任何控制策略的方案A中,VSC-HVDC通过一个简单的PI控制器实现定直流电压控制,保证送端有功功率的传输。如图6b(a)和(d)所示,在经历受端电网负荷突增的扰动时,方案A的RS-VSC在定直流电压控制下,换流器交流电压和直流电压基本不响应系统扰动,因此图6b(c)中RS-VSC输出的功率在系统暂态期间基本不变。
相比之下,方案B和方案C中,在系统暂态期间换流器交流电压和直流电压会跟随系统扰动而波动,最终的稳态值低于初始稳态值,该过程利用了直流电容器存储的能量为系统提供惯量支撑,这与同步机利用转子动能为系统提供惯量支撑的原理十分类似。
由于方案C中的一次调频控制调用了送端的能量,所以相比于方案B,图6b(c)中方案C的直流电压波动会比方案B更小。从图6b(b)中可以看出,由于方案A和方案B无一次调频控制,在系统动态期间,SS-VSC输入功率没有变化。从图6b(c)中可知,方案C在系统暂态期间的功率输出的峰值是三种方案中最大的。以上三种方案的动态响应差异最终导致了图6b(e)中受端系统频率特性的差异。从图6b(e)中可以清楚地看到,受端系统负荷突增时,在RS-VSC和受端同步发电机调速器共同作用下,系统稳态频率会下降。其中,方案C在系统暂态期间的频率偏差斜率最小。在所提控制策略下,VSC-HVDC充分模拟同步机的优良特性,在受端系统扰动期间,能够利用自身直流电容器能量和送端交流系统的调频能力为受端系统提供惯量支撑和一次调频响应,提升受端弱交流系统的频率稳定性。
综上所述,本发明一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,通过构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性。当受端电网受扰后,受端换流器可为系统提供惯量支撑。其次,通过测量送端电压波动与直流电流的波动可计算受端交流系统的频率波动。通过模拟同步机的一次调频特性,在受端电网受扰时,送端电网可不依赖通讯为受端电网提供频率支撑。和传统控制相比,该控制策略可有效模拟同步机,在系统受扰时,利用电容储能及送端电网的调频能力为其提供频率支撑。基于PSCAD/EMTDC仿真算例表明,在受端系统弱SCR场景、负荷突增场景下所发明的控制策略均有较好的控制性能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,其特征在于,在受端换流器控制中,构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性,当受端电网受扰后,受端换流器为控制系统提供惯量支撑;在送端换流器控制中,通过测量送端电压波动与直流电流的波动计算受端交流系统的频率波动;通过模拟同步机的一次调频特性计算受端系统频率偏差调整送端换流器有功功率参考值,在受端电网受扰时,送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑,实现VSC虚拟同步。
2.根据权利要求1所述的区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,其特征在于,受端换流器控制中,确定受端换流器直流电压VDC2r和换流器交流线电压有效值VCr之间的关系,将调制比设置为恒定值;基于标称值定义,在标幺制下,确定直流电压和换流器交流电压关系;将受端换流器频率和直流电压按下垂关系进行人为耦合;推导RS-VSC的虚拟惯量常数HC,根据RS-VSC换流器电压相位δC的控制律实现受端换流器无需PLL的同步控制。
5.根据权利要求2所述的区域间电网互联用VSC虚拟同步方法,其特征在于,将受端换流器频率和直流电压按照下垂关系进行人为耦合如下:
VDC2-VDC20=kDC·(fC-fC0)
其中,kDC为直流电压-频率的下垂系数;VDC20为受端换流器侧的直流电压稳态值;fC为换流器频率,fC0为RS-VSC的换流器频率。
8.一种区域间电网互联用VSC-HVDC系统,其特征在于,利用权利要求1至7所述的方法,包括SS-VSC换流器;SS-VSC换流器的输入端依次经送端交流系统母线电压VS1、连接送端交流系统和SS-VSC的变压器T1和SS-VSC交流母线电压VC1后与同步发电机连接,输出端经直流电缆与RS-VSC换流器的输入端连接,SS-VSC换流器负责收集送端交流系统发出的有功功率,SS-VSC换流器和RS-VSC换流器之间的直流电缆上并联设置有送端直流电压VDC1和受端直流电压VDC2;RS-VSC换流器的输出端与受端弱交流系统连接,负责向受端弱交流系统传输电能;受端弱交流系统包括一台等效同步机发电机,RS-VSC换流器的输出端依次经RS-VSC交流母线电压VC2、连接受端交流系统和RS-VSC的变压器T2、交流线路等效阻抗XL和受端交流系统母线电压VS2后与同步发电机连接,VS2还分别连接开关L1和L2。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备,其特征在于,包括:
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112366755A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-12 | 上海交通大学 | 基于mmc子模块能量同步的风场-柔直控制方法及系统 |
CN113131496A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-16 | 清华大学 | 基于能量反馈修正的储能参与调频控制器及参数配置方法 |
CN114069719A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-02-18 | 合肥工业大学 | 用于hvdc的虚拟同步发电机控制的参数选取方法及系统 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014072246A1 (fr) * | 2012-11-06 | 2014-05-15 | Alstom Technology Ltd | Procede de contrôle d'un reseau multi-terminal vsc-hvdc |
CN109861246A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-06-07 | 燕山大学 | 一种基于vsg的光伏微网动态频率稳定控制方法 |
-
2020
- 2020-05-15 CN CN202010415179.2A patent/CN111509760A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014072246A1 (fr) * | 2012-11-06 | 2014-05-15 | Alstom Technology Ltd | Procede de contrôle d'un reseau multi-terminal vsc-hvdc |
CN109861246A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-06-07 | 燕山大学 | 一种基于vsg的光伏微网动态频率稳定控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
刘宏伟 等: "用于区域间电网互联的新型VSC虚拟同步技术", 《全球能源互联网》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112366755A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-12 | 上海交通大学 | 基于mmc子模块能量同步的风场-柔直控制方法及系统 |
CN113131496A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-16 | 清华大学 | 基于能量反馈修正的储能参与调频控制器及参数配置方法 |
CN113131496B (zh) * | 2021-04-13 | 2022-08-30 | 清华大学 | 基于能量反馈修正的储能参与调频控制器及参数配置方法 |
CN114069719A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-02-18 | 合肥工业大学 | 用于hvdc的虚拟同步发电机控制的参数选取方法及系统 |
CN114069719B (zh) * | 2021-09-27 | 2023-12-26 | 合肥工业大学 | 用于hvdc的虚拟同步发电机控制的参数选取方法及系统 |
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