CN111525595A - 一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统 - Google Patents

一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统 Download PDF

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CN111525595A CN202010357267.1A CN202010357267A CN111525595A CN 111525595 A CN111525595 A CN 111525595A CN 202010357267 A CN202010357267 A CN 202010357267A CN 111525595 A CN111525595 A CN 111525595A
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姚若昊
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曹志辉
郭为斌
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李响
范心明
欧阳卫年
李高明
邓智广
李新
宋安琪
董镝
李国伟
王俊波
唐琪
张殷
宁荣
史训涛
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Abstract

本发明提出一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，包括：数据采集检测模块、变换计算模块、虚拟同步控制模块、电流环控制变换模块及脉宽调制模块，数据采集检测模块采集三相电压、电流值，并检测相位角，变换计算模块将三相电压、电流分别进行坐标变换，且计算有功功率和无功功率，虚拟同步控制模块接收变换计算模块传输的数据信息，输出电流指令值；电流环控制变换模块变换电流指令值，计算输出柔性开关受端换流器的基波电压指令值，并将基波电压指令值进行坐标变换；脉宽调制模块接收变换后的基波电压指令值，并通过空间矢量合成，生成柔性开关调制信号，改善配电性能，维持配电系统的安全稳定运行。

Description

一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统
技术领域
本发明涉及配电网柔性开关装置控制的技术领域，更具体地，涉及一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统。
背景技术
随着电力电子器件和控制技术的进一步发展，以全控型器件为基础的电压源换流器应用于电力传输成为可能，且伴随着全控型电力电子器件的使用，电力系统电力电子化的特征日趋明显。
换流器换流过程中一般采用PQ控制模式，即根据设定值输出有功和无功功率，PQ控制模式可以分为两类：其一为基于电流控制的模式，该控制方式是通过有功指令、无功指令及电网电压电流指令，进而控制系统的有功和无功输出，但该控制方式缺乏电压调节，不能在脱离电网之后独立运行，系统无法保持电压和频率稳定；另一种为基于电压控制的模式，即将换流装置视为电压源，这种模式的优点是在一定程度上保证了静态和动态稳定性，但此种模式只能保证局部稳定，整体稳定性无法保证。
为克服上述缺点，传统方法是采用双环控制模式，即通过外环功率控制加内环直接电流控制。外环功率控制产生内环电流指令参考值，内环控制接收到外环计算产生的电流指令参考值，进行解耦计算进行控制，但是此种控制模式也存在缺点：缺乏惯性及阻尼特性，导致输出频率的动态特性较差，给配电网传输系统的稳定运行带来不利影响。
因此，提出一种可以维持配电网安全稳定运行的控制系统十分有必要。
发明内容
为克服在传统换流器换流过程中，采用双环控制的模式具有缺乏惯性及阻尼特性，造成输出频率的动态特性较差，给配电传输系统的稳定运行带来不利影响的缺陷，本发明提出一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，改善配电性能，维持配电系统的安全稳定运行。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，包括：
数据采集检测模块，用于采集柔性开关受端换流器交流配网侧的三相电压值和三相电流值，并检测三相电压和三相电流的相位角；
变换计算模块，将数据采集检测模块传输的三相电压和三相电流分别进行坐标变换，且进行有功功率和无功功率的计算；
虚拟同步控制模块，接收变换计算模块传输的数据信息，输出电流指令值；所述虚拟同步控制模块包括有功频率控制单元及无功电压控制单元，有功频率控制单元通过引入转动惯量和阻尼系数对柔性开关装置进行有功调节，无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节；
电流环控制变换模块，变换电流指令值，计算输出柔性开关受端换流器的基波电压指令值，并将基波电压指令值进行坐标变换；
脉宽调制模块，接收变换后的基波电压指令值，并通过空间矢量合成,生成柔性开关受端换流器的调制信号。
优选地，所述数据采集检测模块连接柔性开关受端换流器交流配网侧的三相交流馈线，数据采集检测模块包括交流电压电流互感器及锁相环相位检测模块，交流电压电流互感器采集柔性开关受端换流器交流配网侧的A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic；所述锁相环相位检测模块计算A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流及C相电流的相位角。
在此，锁相环相位检测模块包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，鉴相器将柔性开关受端换流器输出的三相交流电压相角与交流侧负载所需输入的三相交流电压相角比较，柔性开关换流器输出的交流电压相角为实际值，交流侧负载所需输入的三相交流电压相角为期望值，二者在理论上会存在差值，鉴相器将这一差值作为函数信号输出，由于鉴相器输出差值信号的过程属于非线性，必有一些噪声和高次谐波，环路滤波器过滤鉴相器输出信号中的噪声和高次谐波，通常采用线性装置，常用的环路滤波器采用积分函数，达到滤波效果。压控振荡器根据振荡的频率与电压变化关系，实现电压频率的变换，求得角频率误差Δω，将计算得到的角频率差与中心角频率相加得当前角频率，乘以周期求得与上周期相角差，进而求得当前所求电压或电流的相位角，其中相位角受0-2π的周期限制。
优选地，所述变换计算模块连接数据采集检测模块，接收数据采集检测模块传输的三相电压值、三相电流值及三相电压、电流的相位角信息，变换计算模块包括第一坐标变换模块及功率计算模块，第一坐标变换模块将三相电压和三相电流变换为dq坐标下的电压ud、电压uq、电流id、电流iq；所述功率计算模块利用A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic计算得到有功功率P和无功功率Q。
在此，第一坐标变换模块为3s/2r坐标变换模块，3s/2r坐标变换模块的3s/2r变换指将A、B、C三相静止坐标变换为d、q两相旋转坐标的变换，基于派克变换的基本原理实现；利用A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic，结合电工技术，功率计算模块可以计算出有功功率P和无功功率Q。
优选地，虚拟同步控制模块接收到变换计算模块传输的数据信息包括有功功率P、无功功率Q及经第一坐标变换模块变换后的电压ud、电压uq、电流id及电流iq。
优选地，所述有功频率控制单元通过引入转子运动方程及原动机调节方程，使柔性开关装置表现为同步发电机的转子运动特性，所述转子运动方程为：
Figure BDA0002473899590000031
其中，ω0为额定转子角频率；ω为实际转子角频率，也即配电网系统的角频率；J为转动惯量；△ω表示转子角频率变化量，
Figure BDA0002473899590000032
表示转子角频率变化量相对时间t的一阶导数；D为阻尼系数；Pm为机械功率；Pe为电磁功率，也即柔性开关受端换流器交流配网侧的有功功率；δ表示功角；
所述原动机调节方程为：
Pm＝Pref+K0(ω0-ω)
其中，Pref表示给定的有功功率，K0为表示调差系数；
将转子运动方程及原动机调节方程联立求解得:
Figure BDA0002473899590000033
简化后：
Figure BDA0002473899590000041
阻尼系数D对有功频率特性的影响作用与调差系数Ko相同；
转子运动方程及原动机调节方程联立后转化为：
Figure BDA0002473899590000042
其中，τ为一阶惯性时间常数，m0为有功频率调节系数，角频率偏差量ω0-ω关于有功偏差量Pref-Pe的闭环传递函数为一阶惯性环节，s表示时域t在复频域的拉普拉斯变换参数。
在此，通过有功频率控制单元，引入惯性支撑和阻尼支撑，而且转动惯量J与角频率的变化率成反比，阻尼系数D与角频率的偏差量成反比，由于转动惯量J和阻尼系数D的引入，柔性开关装置具备一次调频特性，转动惯量J的引入使换流器具有同步发电机的动态惯性响应，阻尼系数D的引入减小了有功频率下垂曲线的斜率，进而改变有功功率的分配精度。
优选地，无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节的过程满足：
Uref＝UN+m1(Qref-Q)
其中，UN为额定电压，Uref为虚拟同步控制模块输出的参考电压幅值，Qref为给定的无功功率，Q为无功电压控制单元的输出无功，m1为无功电压下垂系数。
在此，通过无功电压控制单元，引入虚拟同步发电机模型的参考电压来调节电压无功，在保证无功功率跟踪的同时，参与电网的电压调节，根据电压的偏差为配电网接入的电网提供必要的无功支撑。
优选地，柔性开关装置的电磁功率Pe及无功功率Q均通过柔性开关换流器交流配网侧的A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic计算得到。
优选地，所述电流环控制变换模块接收虚拟同步控制模块输出的电流指令值，电流环控制变换模块包括第二坐标变换模块、电流环控制模块及第三坐标变换模块，第二坐标变换模块、电流环控制模块及第三坐标变换模块首尾依次相连，所述第二坐标变换模块将虚拟同步控制模块输出的电流指令值变换为dq轴坐标系下的d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref，电流环控制模块计算柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流id、q轴电流iq分别与d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref的误差，得到柔性开关受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref，所述第三坐标变换模块将d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref变换为A相基波电压指令值uaref、B相基波电压指令值ubref及C相基波电压指令值ucref。
在此，第二坐标变换模块为3s/2r坐标变换模块，经3s/2r坐标变换模块将虚拟同步控制模块输出的电流指令值变换为dq轴坐标系下的d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref后，d轴参考电流值idref对应有功电流参考值，q轴参考电流值iqref对应无功电流参考值，便于电流环控制模块将柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流id、q轴电流iq与相应参考值之间的比较，而第三坐标变换模块为2r/3s坐标变换模块，2r/3s变换指将d、q两相旋转坐标变换为A、B、C三相静止坐标，便于换流器识别，同时保证后续脉宽调制模块对换流器的控制。
优选地，所述电流环控制模块的电流环为PI调节控制，柔性开关受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref的得出公式为：
Figure BDA0002473899590000051
Figure BDA0002473899590000052
其中，Kp1及Kp2均为PI调节控制的电流调节器的比例增益，Ki1、Ki2为电流调节器的积分增益,ω为为配电网系统的角频率,L为换流电抗器的电感值,iq表示柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出q轴电流，id表示柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流，Ed表示交流配网侧d轴电压，Eq表示交流配网侧q轴电压，s表示时域t在复频域的拉普拉斯变换参数。
在此，电流环控制模块输出受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref,在受端换流器三相桥路开关的作用下,实现有功电流和无功电流的独立跟踪控制，通过电流的跟踪控制,即可消除外环控制中输入量与给定参考值之间的误差,从而实现对外环输入量的无静差控制。
优选地，所述脉宽调制模块连接换流器，脉宽调制模块将第三坐标变换模块变换后的A相基波电压指令值uaref、B相基波电压指令值ubref及C相基波电压指令值ucref，通过空间矢量合成，脉宽调制产生换流器的柔性开关信号，作用于受端换流器三相桥路开关，驱动换流器三相桥路开关的通断，进而起到调节控制维持系统稳定的作用。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，通过虚拟同步控制模块将同步发电机的运行特性引入柔性开关装置中，利用有功频率控制单元，引入转动惯量和阻尼系数对柔性开关装置进行有功调节，使换流器具有同步发电机的动态惯性响应，利用无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节；脉宽调制模块产生换流器的柔性开关信号，作用于受端换流器的三相桥路开关，驱动换流器三相桥路开关的通断，进而起到调节控制维持系统稳定的作用，克服在传统换流器换流过程中，采用双环控制的模式具有缺乏惯性及阻尼特性，造成输出的频率动态特性较差，给配电系统的稳定运行带来不利影响的缺陷，改善配电性能，维持配电系统的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明提出的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统结构图。
图2为本发明提出的虚拟同步控制模块的控制过程框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际系统尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示的本发明提出的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统结构图，参见图1，Udc为受端换流器的直流端电压，所述系统包括数据采集检测模块1、变换计算模块2、虚拟同步控制模块3、电流环控制变换模块4及脉宽调制模块5，数据采集检测模块1采集柔性开关受端换流器交流配网侧的三相电压值和三相电流值，并检测三相电压和三相电流的相位角，变换计算模块2将数据采集检测模块传输的三相电压和三相电流分别进行坐标变换，且进行有功功率和无功功率的计算，虚拟同步控制模块3接收变换计算模块2传输的数据信息，输出电流指令值，虚拟同步控制模块3包括有功频率控制单元及无功电压控制单元，有功频率控制单元通过引入转动惯量和阻尼系数对柔性开关装置进行有功调节，无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节；电流环控制变换模块4变换电流指令值，计算输出柔性开关受端换流器的基波电压指令值，并将基波电压指令值进行坐标变换，脉宽调制模块5接收变换后的基波电压指令值，并通过空间矢量合成，生成柔性开关受端换流器的调制信号，作用于受端换流器内部的三相桥路开关，调节控制维持电路的稳定性。
参见图1，数据采集检测模块1连接柔性开关受端换流器交流配网侧的A相、B相及C相交流馈线，数据采集检测模块1包括交流电压电流互感器及锁相环相位检测模块，交流电压电流互感器采集柔性开关受端换流器交流配网侧的A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic；锁相环相位检测模块计算A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流及C相电流的相位角。
变换计算模块2连接数据采集检测模块1，接收数据采集检测模块1传输的三相电压值、三相电流值及三相电压、电流的相位角信息，变换计算模块2包括第一坐标变换模块及功率计算模块，第一坐标变换模块将三相电压和三相电流变换为dq坐标下的电压ud、电压uq、电流id及电流iq；功率计算模块利用A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic计算得到有功功率P和无功功率Q。
在本实施例中，如图1所示，第一坐标变换模块为3s/2r坐标变换模块，3s/2r坐标变换模块的3s/2r变换是指将A、B、C三相静止坐标变换为d、q两相旋转坐标的变换，基于派克变换的基本原理实现；利用A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic，结合电工技术，功率计算模块可以计算出有功功率P和无功功率Q。
虚拟同步控制模块3接收到变换计算模块2传输的数据信息包括有功功率P、无功功率Q及经第一坐标变换模块变换后的电压ud、电压uq、电流id及电流iq。
在本实施例中，有功频率控制单元通过引入转子运动方程及原动机调节方程，使柔性开关装置表现为同步发电机的转子运动特性，转子运动方程为：
Figure BDA0002473899590000081
其中，ω0为额定转子角频率；ω为实际转子角频率，也即配电网系统的角频率；J为转动惯量；△ω表示转子角频率变化量，
Figure BDA0002473899590000082
表示转子角频率变化量相对时间t的一阶导数；D为阻尼系数；Pm为机械功率；Pe为电磁功率，即柔性开关受端换流器交流配网侧的有功功率；δ表示功角；
所述原动机调节方程为：
Pm＝Pref+K0(ω0-ω)
其中，Pref表示给定的有功功率，K0为表示调差系数；
将转子运动方程及原动机调节方程联立求解得:
Figure BDA0002473899590000083
简化后：
Figure BDA0002473899590000084
阻尼系数D对有功频率特性的影响作用与调差系数Ko相同；
转子运动方程及原动机调节方程联立后转化为：
Figure BDA0002473899590000085
其中，τ为一阶惯性时间常数，m0为有功频率调节系数，角频率偏差量ω0-ω关于有功偏差量Pref-Pe的闭环传递函数为一阶惯性环节，s表示时域t在复频域的拉普拉斯变换参数。通过有功频率控制单元，引入惯性支撑和阻尼支撑，而且转动惯量J与角频率的变化率成反比，阻尼系数D与角频率的偏差量成反比，具体控制反馈过程如图2所示。由于转动惯量J和阻尼系数D的引入，柔性开关装置具备一次调频特性，转动惯量J的引入使换流器具有同步发电机的动态惯性响应，阻尼系数D的引入减小了有功频率下垂曲线的斜率，进而改变有功功率的分配精度。
在本实施例中，参见图2，无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节的过程满足：
Uref＝UN+m1(Qref-Q)
其中，UN为额定电压，Uref为虚拟同步控制模块输出的参考电压幅值，Qref为给定的无功功率，Q为无功电压控制单元的输出无功，m1为无功电压下垂系数。通过无功电压控制单元，引入虚拟同步发电机模型的虚拟电势来调节电压无功，在保证无功功率跟踪的同时，参与电网的电压调节，根据电压的偏差为配电网接入的电网提供必要的无功支撑。
在本实施例中，柔性开关装置的电磁功率Pe及无功功率Q均通过柔性开关换流器交流配网侧的A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic计算得到。
电流环控制变换模块4接收虚拟同步控制模块3输出的电流指令值，参见图1电流环控制变换模块4包括第二坐标变换模块、电流环控制模块及第三坐标变换模块，第二坐标变换模块、电流环控制模块及第三坐标变换模块首尾依次相连，第二坐标变换模块将虚拟同步控制模块3输出的电流指令值变换为dq轴坐标系下的d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref，电流环控制模块计算柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流id、q轴电流iq分别与d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref的误差，得到柔性开关受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref，第三坐标变换模块将d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref变换为A相基波电压指令值uaref、B相基波电压指令值ubref及C相基波电压指令值ucref。
在本实施例中，如图1所示，第二坐标变换模块为3s/2r坐标变换模块，经3s/2r坐标变换模块将虚拟同步控制模块3输出的电流指令值变换为dq轴坐标系下的d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref后，d轴参考电流值idref对应有功电流参考值，q轴参考电流值iqref对应无功电流参考值，便于电流环控制模块将柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流id、q轴电流iq与相应参考值之间的比较，而第三坐标变换模块为2r/3s坐标变换模块，2r/3s变换指将d、q两相旋转坐标变换为A、B、C三相静止坐标，便于换流器识别，同时保证后续脉宽调制模块对换流器的控制。
在本实施例中，电流环控制模块的电流环为PI调节控制，柔性开关受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref的得出公式为：
Figure BDA0002473899590000101
Figure BDA0002473899590000102
其中，Kp1及Kp2均为PI调节控制的电流调节器的比例增益，Ki1、Ki2为电流调节器的积分增益,ω为为配电网系统的角频率,L为换流电抗器的电感值,iq表示柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出q轴电流，id表示柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流，Ed表示交流配网侧d轴电压，Eq表示交流配网侧q轴电压，s表示时域t在复频域的拉普拉斯变换参数。
电流环控制模块输出受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref,在受端换流器三相桥路开关的作用下,实现有功电流和无功电流的独立跟踪控制，通过电流的跟踪控制,即可消除外环控制中输入量与给定参考值之间的误差,从而实现对外环输入量的无静差控制。
参见图1，脉宽调制模块连接换流器，脉宽调制模块将第三坐标变换模块变换后的A相基波电压指令值uaref、B相基波电压指令值ubref及C相基波电压指令值ucref，通过空间矢量合成，脉宽调制产生换流器的柔性开关信号，作用于受端换流器三相桥路开关，驱动换流器三相桥路开关的通断，进而起到调节控制维持系统稳定的作用。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，包括：
数据采集检测模块，用于采集柔性开关受端换流器交流配网侧的三相电压值和三相电流值，并检测三相电压和三相电流的相位角；
变换计算模块，将数据采集检测模块传输的三相电压和三相电流分别进行坐标变换，且进行有功功率和无功功率的计算；
虚拟同步控制模块，接收变换计算模块传输的数据信息，输出电流指令值；所述虚拟同步控制模块包括有功频率控制单元及无功电压控制单元，有功频率控制单元通过引入转动惯量和阻尼系数对柔性开关装置进行有功调节，无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节；
电流环控制变换模块，变换电流指令值，计算输出柔性开关受端换流器的基波电压指令值，并将基波电压指令值进行坐标变换；
脉宽调制模块，接收变换后的基波电压指令值，并通过空间矢量合成，生成柔性开关受端换流器的调制信号。
2.根据权利要求1所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述数据采集检测模块连接柔性开关受端换流器交流配网侧的三相交流馈线，数据采集检测模块包括交流电压电流互感器及锁相环相位检测模块，交流电压电流互感器采集柔性开关受端换流器交流配网侧的A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic；所述锁相环相位检测模块计算A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流及C相电流的相位角。
3.根据权利要求2所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述变换计算模块连接数据采集检测模块，接收数据采集检测模块传输的三相电压值、三相电流值及三相电压、电流的相位角信息，变换计算模块包括第一坐标变换模块及功率计算模块，第一坐标变换模块将三相电压和三相电流变换为dq坐标下的电压ud、电压uq、电流id、电流iq；所述功率计算模块利用A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic计算得到有功功率P和无功功率Q。
4.根据权利要求3所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，虚拟同步控制模块接收到变换计算模块传输的数据信息包括有功功率P、无功功率Q及经第一坐标变换模块变换后的电压ud、电压uq、电流id及电流iq。
5.根据权利要求4所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述有功频率控制单元通过引入转子运动方程及原动机调节方程，使柔性开关装置表现为同步发电机的转子运动特性，所述转子运动方程为：
Figure FDA0002473899580000021
其中，ω0为额定转子角频率；ω为实际转子角频率，也即配电网系统的角频率；J为转动惯量，Δω表示转子角频率变化量，
Figure FDA0002473899580000022
表示转子角频率变化量相对时间t的一阶导数；D为阻尼系数；Pm为机械功率；Pe为电磁功率，也即柔性开关受端换流器交流配网侧的有功功率；δ表示功角；
所述原动机调节方程为：
Pm＝Pref+K0(ω0-ω)
其中，Pref表示给定的有功功率，K0为表示调差系数；
将转子运动方程及原动机调节方程联立求解得：
Figure FDA0002473899580000023
简化后：
Figure FDA0002473899580000024
阻尼系数D对有功频率特性的影响作用与调差系数Ko相同；
转子运动方程及原动机调节方程联立后转化为：
Figure FDA0002473899580000025
其中，τ为一阶惯性时间常数，m0为有功频率调节系数，角频率偏差量ω0-ω关于有功偏差量Pref-Pe的闭环传递函数为一阶惯性环节，s表示时域t在复频域的拉普拉斯变换参数。
6.根据权利要求5所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，无功电压控制单元对柔性开关装置进行无功调节的过程满足：
Uref＝UN+m1(Qref-Q)
其中，UN为额定电压，Uref为虚拟同步控制模块输出的参考电压幅值，Qref为给定的无功功率，Q为无功电压控制单元的输出无功，m1为无功电压下垂系数。
7.根据权利要求6所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，柔性开关装置的电磁功率Pe及无功功率Q均通过柔性开关换流器交流配网侧的A相电压值ua、B相电压值ub、C相电压值uc、A相电流值ia、B相电流值ib及C相电流值ic计算得到。
8.根据权利要求7所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述电流环控制变换模块接收虚拟同步控制模块输出的电流指令值，电流环控制变换模块包括第二坐标变换模块、电流环控制模块及第三坐标变换模块，第二坐标变换模块、电流环控制模块及第三坐标变换模块首尾依次相连，所述第二坐标变换模块将虚拟同步控制模块输出的电流指令值变换为dq轴坐标系下的d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref，电流环控制模块计算柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流id、q轴电流iq分别与d轴参考电流值idref及q轴参考电流值iqref的误差，得到柔性开关受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref，所述第三坐标变换模块将d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref变换为A相基波电压指令值uaref、B相基波电压指令值ubref及C相基波电压指令值ucref。
9.根据权利要求8所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述电流环控制模块的电流环为PI调节控制，柔性开关受端换流器三相桥路电压的d轴基波电压指令值udref及q轴基波电压指令值uqref的得出公式为：
Figure FDA0002473899580000031
Figure FDA0002473899580000032
其中，Kp1及Kp2均为PI调节控制的电流调节器的比例增益，Ki1、Ki2为电流调节器的积分增益，ω为配电网系统的角频率，L为换流电抗器的电感值，iq表示柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出q轴电流，id表示柔性开关受端换流器在dq坐标下的实际输出d轴电流，Ed表示交流配网侧d轴电压，Eq表示交流配网侧q轴电压，s表示时域t在复频域的拉普拉斯变换参数。
10.根据权利要求9所述的配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述脉宽调制模块连接换流器，脉宽调制模块将第三坐标变换模块变换后的A相基波电压指令值uaref、B相基波电压指令值ubref及C相基波电压指令值ucref，通过空间矢量合成，脉宽调制产生换流器的柔性开关信号。
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