CN113852119A - 一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法和装置。其中,新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法,包括:选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值;以及基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。从而,本发明通过合理选取光伏与风力发电系统的基值,推导出标幺值模型下的控制参数,通过该转换方法可以将不同控制系统中的控制参数统一处理,对于建设新能源机组控制系统的一体化白盒模型具有重要参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,并且更具体地,涉及一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法和装置、以及存储介质和电子设备。
背景技术
为构建以新能源为主体的新型电力系统,风力发电和光伏发电作为目前最成熟和最具发展前景的新能源发电技术,近年来保持着强劲的发展势头。截至2020年底,我国风电装机达28153 万千瓦,光伏发电装机达25343万千瓦,新能源发电装机占比达28.8%,电量占比14.1%,西北电网新能源最大出力占总发电出力比例达44.38%。预计到2030年,新能源装机占比将超过31%-41%,成为装机主体;到2060 年,新能源电量占比接近60%,成为电量主体。以新能源为主体是未来新型电力系统的显著特征。
在大规模新能源接入电力系统的情况下,新能源发电系统的准确建模将保证电力系统仿真计算的可靠性。在物理系统确定的情况下,系统的变化趋势或者稳定性主要是由控制系统的控制参数来决定,例如系统的调节时间、超调量、稳定裕度和截止频率等关键性能指标,因此新能源发电系统控制参数的确定方法尤为重要。目前,关于新能源并网系统的控制模型层出不穷,但是控制环节均基于电压电流的实际值。有名值控制模型中的物理量往往具有明显的个性特征,不易于普适性地比较系统中控制环节的特性及参数。而标幺值是电气相对值,利于简化计算过程、直观迅速地判断系统元件特性及状态变量的正确性,目前广泛应用于潮流计算、短路分析及继保整定等。因此,如何在新能源广泛接入带来的大量电力电子控制系统中采用标幺化控制,以此统一衡量各控制系统的特性与参数,建设新能源机组控制系统的一体化白盒模型是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法和装置,用以至少解决现有技术中存在的缺少一种用来统一处理不同控制系统中的控制参数的标幺值转换方法,从而影响新能源并网控制系统的一体化建设的技术问题。
根据本申请的一个方面,提供了一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法,包括:选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值;以及
基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。
可选地,选取光伏发电系统的多项基准值,包括:
光伏发电系统的交流电压的基准值Ubpv选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,并且逆变器功率的基准值Sbpv选取为逆变器额定容量;光伏逆变器的直流电压的基准值Udcbpv选取为标准光照和温度时、最大功率控制状态下的直流母线电压;
基于Ubpv和Sbpv,确定光伏发电系统电网侧的交流电流基值Ibpv和阻抗基值Zbpv;以及
基于Udcbpv和Sbpv,确定光伏逆变器直流侧的直流电流基值Idcbpv和阻抗基值 Zdcbpv。
可选地,选取直驱风机的多项基准值,包括:
直驱风机的交流电压的基准值UbDWTGg选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压;
逆变器功率的基准值SbDWTG选取为变流器额定容量;
直驱风机的直流环节电压的基准值UdcbDWTG选取为直流侧的额定电压;
基于UbDWTGg和SbDWTG,确定直驱风机电网侧的交流电流基值IbDWTGg和阻抗基值ZbDWTGg;
基于UdcbDWTG和SbDWTG,确定直驱风机直流侧的直流电流基值IdcbDWTG和阻抗基值ZdcbDWTG;以及
直驱风机机侧变流器的基值选取方法与网侧变流器相同。
可选地,选取双馈风机的多项基准值,包括:
双馈风机的定子侧功率基值和电压基值的选取与光伏发电系统相同;
双馈风机转子侧的功率基值Srb选取为变流器的额定功率;
基于双馈电机定子与转子匝数比Tsr、双馈风机正常运行过程中允许的最大滑差smax和双馈风机所连接的箱变的低压侧的额定线电压UbDFIG,确定双馈电机变流器机侧的电压基值Urb;以及
基于Srb和Urb,确定双馈风机变流器机侧的电流基值Irb与阻抗基值Zrb。
可选地,该方法还包括:
双馈风机变流器直流侧的电压基准值UdcbDFIG选取为直流侧的额定电压,其中直流侧的功率基值选取为变流器的额定功率Srb;
双馈风机变流器网侧的交流电压基值与定子侧电压基值相同即UbDFIG,功率基值选取为变流器的额定功率Srb;
基于UdcbDFIG和Srb,确定双馈风机直流侧的电流基值IdcbDFIG和阻抗基值 ZdcbDFIG;以及
基于UbDFIG和Srb,确定双馈风机网侧变流器的交流电流基值Igb和阻抗基值Zgb。
可选地,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当锁相环采用标幺值控制时,基于新能源发电系统所连接的箱变的低压侧的额定线电压,确定新能源发电系统的锁相环从输入到输出的传递函数为:
式中:KpPLL、KiPLL是采用有名值控制时锁相环内部比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,uq为dq分解后的q轴电压,Δω为角速度差值,ωb为角速度基值,Ub为新能源发电系统所连接的箱变的低压侧的额定线电压。
可选地,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当功率外环采用标幺值控制时,确定新能源发电系统的功率外环从输入到输出的传递函数为:
式中:KPA、KIA分别是采用有名值控制时的有功外环比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,Idref是d轴电流内环的参考值,Ib为对应变流器的电流基值,Sb为变流器功率基值,Pref是输出功率参考值,P是输出功率实际值,Ub是对应变流器的电压基值;并且其中
当传递函数中的Ib为Ibpv、IbDWTGg、Irb中的任意一项时,对应的Ub分别为 Ubpv、UbDWTGg、Urb。
可选地,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当无功外环采用标幺值控制时,确定新能源发电系统的无功外环从输入到输出的传递函数为:
式中:KPB、KIB分别是采用有名值控制时的无功外环比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,Ub是对应变流器的电压基值,并且其中Ub为 Ubpv、UbDWTGg、Urb中的任意一项。
可选地,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当电流内环采用标幺值控制时,新能源发电系统的电流内环从输出到输入的传递函数为:
式中:Kpi、Kii是采用有名值控制时的电流内环比例、积分环节放大倍数,idqref是电流内环的参考值,idq是电流内环的实际值,uacdqref是内环电压参考值,Ib是对应变流器的电流基值,Ub是对应变流器的电压基值,Zb是对应变流器的阻抗基值;并且其中
当传递函数中的Ib为Ibpv、IbDWTGg、Irb、Igb中的任意一项时,对应的Ub分别为Ubpv、UbDWTGg、Urb、UbDFIG,对应的Zb分别为Zbpv、ZbDWTGg、Zrb、Zgb。
可选地,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当直流电压环采用标幺值控制时,新能源发电系统的直流电压环从输入到输出的传递函数为:
式中:Kpdc、Kidc是采用有名值控制时的直流电压环比例、积分环节放大倍数,Idref是有功电流参考值,Ib是对应变流器的电流基值,Udcb是变流器直流环节的电压基值;并且其中
当传递函数中的Ib为IbDWTGg、Igb中的任意一项时,对应的Udcb分别为、 UdcbDWTG、UdcbDFIG。
可选地,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当功率电流前馈采用标幺值控制时,新能源发电系统的功率电流前馈环从输入到输出的传递函数为:
式中:I′rdqref是前馈环生成的转子电流参考值部分,I″rdqref是PI环生成的转子电流参考值部分,Irb是机侧变流器的电流基值,Isb是定子侧电流基值, Udcb是变流器直流环节的电压基值,Ksr是有名值控制时电流前馈环节放大倍数,Kpsr、Kisr是采用有名值控制时的功率电流比例、积分环节放大倍数,Irdqref是转子电流参考值;Isdqref、Isdq分别是定子电流参考值和定子电流实际值。根据本申请的另一个方面,提供了一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换装置,包括:基值选取模块,用于选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值;以及
标幺化处理模块,用于基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。
根据本申请的又一个方面,提供了一种计算机可读存储介质,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。
根据本申请的又一个方面,提供了一种电子设备,所述电子设备包括:处理器;用于存储所述处理器可执行指令的存储器;所述处理器,用于从所述存储器中读取所述可执行指令,并执行所述指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。
从而,本发明通过合理选取光伏与风力发电系统的基值,推导出标幺值模型下的控制参数,通过该转换方法可以将不同控制系统中的控制参数统一处理,对于建设新能源机组控制系统的一体化白盒模型具有重要参考价值。进而解决了现有技术中存在的缺少一种用来统一处理不同控制系统中的控制参数的标幺值转换方法,从而影响新能源并网控制系统的一体化建设的技术问题。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1是本发明一示例性实施例提供的现有的实用化的双馈风机并网控制框图;
图2是本发明一示例性实施例提供的新能源并网控制系统建模的标幺值转换的流程示意图;
图3a是本发明一示例性实施例提供的锁相环控制框图;
图3b是本发明一示例性实施例提供的功率外环控制框图;
图3c是本发明一示例性实施例提供的电流内环控制框图;
图3d是本发明一示例性实施例提供的直流电压环控制框图;
图3e是本发明一示例性实施例提供的功率电流前馈控制框图;
图4a是本发明一示例性实施例提供的发生对称故障时双馈风机变流器直流电压的示意图;
图4b是本发明一示例性实施例提供的发生对称故障时双馈风机输出的电压有效值的示意图;
图4c是本发明一示例性实施例提供的发生对称故障时双馈风机输出的有功功率的示意图;
图4d是本发明一示例性实施例提供的发生对称故障时双馈风机输出的无功功率的示意图;
图5a是本发明一示例性实施例提供的发生不对称故障时双馈风机变流器直流电压的示意图;
图5b是本发明一示例性实施例提供的发生不对称故障时双馈风机输出的电压有效值的示意图;
图5c是本发明一示例性实施例提供的发生不对称故障时双馈风机输出的有功功率的示意图;
图5d是本发明一示例性实施例提供的发生不对称故障时双馈风机输出的无功功率的示意图;
图6a是本发明一示例性实施例提供的发生小扰动故障时双馈风机变流器直流电压的示意图;
图6b是本发明一示例性实施例提供的发生小扰动故障时双馈风机输出的电压有效值的示意图;
图6c是本发明一示例性实施例提供的发生小扰动故障时双馈风机输出的有功功率的示意图;
图6d是本发明一示例性实施例提供的发生小扰动故障时双馈风机输出的无功功率的示意图;
图7是本发明一示例性实施例提供的新能源并网控制系统建模的标幺值转换装置的结构示意图;以及
图8是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。
具体实施方式
下面,将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是本发明的全部实施例,应理解,本发明不受这里描述的示例实施例的限制。
应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
本领域技术人员可以理解,本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等,既不代表任何特定技术含义,也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
还应理解,在本发明实施例中,“多个”可以指两个或两个以上,“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
还应理解,对于本发明实施例中提及的任一部件、数据或结构,在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下,一般可以理解为一个或多个。
另外,本发明中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本发明中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还应理解,本发明对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处,其相同或相似之处可以相互参考,为了简洁,不再一一赘述。
同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备,其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于:个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境,等等。
终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常,程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等,它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施,分布式云计算环境中,任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
示例性方法
现有技术采用系统采集的实际值进行控制设计。实用化的双馈风机并网控制框图如图1所示。对于双馈风机的控制主要针对网侧变流器与机侧变流器及锁相环。网侧变流器包含直流母线控制外环、电流控制内环,机侧变流器包含有功/无功功率环、功率电流前馈控制环、电流控制环。控制参数来源于实际系统的实际值。由于在有名值控制模型中的物理量往往具有明显的个性特征,不易于普适性地比较系统中控制环节的特性及参数。如果参加运算的数相差较大,运算的精度难以得到保证,数的动态范围较宽,容易出现精度问题,发生数据溢出。
针对现有技术的不足,本发明提供一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法。图2是本发明一示例性实施例提供的新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上,如图2所示,包括以下步骤:
步骤201,选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值。
通常,在标幺化的控制系统中,基值的选取的总体原则总是希望有利于简化计算和对计算结果的分析评价。
在一个具体实施例中,选取光伏发电系统的多项基准值,包括:光伏发电系统的交流电压的基准值Ubpv选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,并且逆变器功率的基准值Sbpv选取为逆变器额定容量;光伏逆变器的直流电压的基准值Udcbpv选取为标准光照和温度时、最大功率控制状态下的直流母线电压;基于Ubpv和Sbpv,确定光伏发电系统电网侧的交流电流基值Ibpv和阻抗基值Zbpv;以及基于Udcbpv和Sbpv,确定光伏逆变器直流侧的直流电流基值Idcbpv和阻抗基值Zdcbpv。
具体为,光伏发电系统的交流电压的基准值Ubpv选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,逆变器功率的基准值Sbpv选取为逆变器额定容量,光伏发电系统电网侧的交流电流基值Ibpv和阻抗基值Zbpv的确定方法如下所示:
其中,Ubpv为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,Sbpv为逆变器额定容量,Ibpv为光伏发电系统电网侧的交流电流基值,Zbpv为光伏发电系统电网侧的阻抗基值。
光伏逆变器的直流电压的基准值Udcbpv选取标准光照和温度时、最大功率控制状态下的直流母线电压:
Udcbpv=Umpv×Nser
式中:Um为单体电池标准条件下的最大功率点电压;Nser为单个光伏阵列的串联电池数,Udcbpv为光伏逆变器的直流电压的基准值。
光伏逆变器直流侧的直流电流基值Idcbpv和阻抗基值Zdcbpv计算方法为:
式中:Idcbpv为光伏逆变器直流侧的直流电流基值,Sbpv为逆变器额定容量,Udcbpv为光伏逆变器的直流电压的基准值,Zdcbpv为光伏逆变器直流侧的阻抗基值。
在一个具体实施例中,选取直驱风机的多项基准值,包括:直驱风机的交流电压的基准值UbDWTGg选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压;逆变器功率的基准值SbDWTG选取为变流器额定容量;直驱风机的直流环节电压的基准值UdcbDWTG选取为直流侧的额定电压;基于UbDWTGg和SbDWTG,确定直驱风机电网侧的交流电流基值IbDWTGg和阻抗基值ZbDWTGg;以及基于UdcbDWTG和SbDWTG,确定直驱风机直流侧的直流电流基值IdcbDWTG和阻抗基值ZdcbDWTG。
通常,对直驱风机而言,其网侧变流器结构及两侧所连系统与光伏基本相同,因此直驱风机的交流电压的基准值UbDWTGg为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,逆变器功率的基准值SbDWTG为变流器额定容量,直驱风机电网侧的交流电流基值IbDWTGg和阻抗基值ZbDWTGg的确定方法如下所示:
其中,UbDWTGg为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,SbDWTG为变流器额定容量,IbDWTGg为直驱风机电网侧的交流电流基值,ZbDWTGg为直驱风机电网侧的阻抗基值。
直驱风机的直流环节电压的基准值UdcbDWTG选取为直流侧的额定电压,直流侧的直流电流基值IdcbDWTG和阻抗基值ZdcbDWTG计算方法如下:
其中,UdcbDWTG为直驱风机直流环节基值电压,SbDWTG为变流器额定容量, IdcbDWTG为直驱风机直流环节的电流基值,ZdcbDWTG为直驱风机直流环节的阻抗基值。
此外,直驱风机机侧变流器的基值选取方法与网侧变流器相同。
在一个具体实施例中,选取双馈风机的多项基准值,包括:双馈风机的定子侧功率基值和电压基值的选取与光伏发电系统相同;双馈风机转子侧的功率基值Srb选取为变流器的额定功率;基于双馈电机定子与转子匝数比Tsr、双馈风机正常运行过程中允许的最大滑差smax和双馈风机所连接的箱变的低压侧的额定线电压UbDFIG,确定双馈电机变流器机侧的电压基值Urb;以及基于Srb和Urb,确定双馈风机变流器机侧的电流基值Irb与阻抗基值Zrb。
通常,对双馈风机而言,其定子侧功率基值和电压基值的选取与光伏发电系统相同,双馈风机的电流和阻抗基值可通过推导得出。双馈风机转子侧的功率基值Srb取为变流器的额定功率,一般由下式确定:
Srb=SMsmax
式中:SM为双馈电机的额定容量,smax为双馈风机正常运行过程中允许的最大滑差,通常取为0.3,Srb为变流器的额定功率。
双馈电机变流器机侧的电压基值Urb选取方法为:
式中:Tsr为双馈电机定子—转子匝数比,smax为双馈风机正常运行过程中允许的最大滑差,通常取为0.3,UbDFIG为双馈风机所连接的箱变的低压侧的额定线电压。
双馈风机变流器机侧的电流基值Irb与阻抗基值Zrb确定方法为:
式中:Irb为双馈风机变流器机侧的电流基值,Srb为变流器的额定功率, Urb为双馈电机变流器机侧的电压基值,Zrb为双馈风机变流器机侧的阻抗基值。
在一个具体实施例中,选取双馈风机的多项基准值,还包括:双馈风机变流器直流侧的电压基准值UdcbDFIG选取为直流侧的额定电压,其中直流侧的功率基值选取为变流器的额定功率Srb;双馈风机变流器网侧的交流电压基值与定子侧电压基值相同即UbDFIG,功率基值选取为变流器的额定功率 Srb;基于UdcbDFIG和Srb,确定双馈风机直流侧的电流基值IdcbDFIG和阻抗基值 ZdcbDFIG;以及基于UbDFIG和Srb,确定双馈风机网侧变流器的交流电流基值Igb和阻抗基值Zgb。
具体为,双馈风机变流器机侧的电流基值Irb与阻抗基值Zrb确定方法为:
式中:Irb为双馈风机变流器机侧的电流基值,Srb为变流器的额定功率, Urb为双馈电机变流器机侧的电压基值,Zrb为双馈风机变流器机侧的阻抗基值。
双馈风机变流器直流侧的电压基准值UdcbDFIG选取为直流侧的额定电压,直流侧的功率基值选取为变流器的额定功率Srb,则双馈风机直流侧的电流基值IdcbDFIG和阻抗基值ZdcbDFIG选取方法如下:
其中,UdcbDFIG为双馈风机直流环节电压基值,Srb为变流器的额定功率, IdcbDFIG为双馈风机直流环节的电流基值,ZdcbDFIG为双馈风机直流环节的阻抗基值。
双馈风机变流器网侧的交流电压基值与定子侧电压基值相同即UbDFIG,功率基值选取为变流器的额定功率Srb,则双馈风机网侧变流器的交流电流基值Igb和阻抗基值Zgb选取方法如下:
式中:Igb为双馈风机网侧变流器的交流电流基值,Srb为双馈风机转子侧的功率基值,UbDFIG为双馈风机所连接的箱变的低压侧的额定线电压,Zgb为双馈风机网侧变流器的阻抗基值。
步骤201,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。
通常,考虑到目前在仿真中常用的从三相静止abc坐标系到两相静止αβ坐标系有两种坐标系变换矩阵,一种是等功率变换矩阵Cabc/αβ_ep,另一种是恒相幅值变换矩阵Cabc/αβ_ea:
在电磁暂态仿真中两种坐标变换方法都有采用,常用的是恒相幅值变换,目前在机电暂态仿真中不涉及坐标变换的问题(例如PSASP和BPA 等),但是根据程序中新能源的模型可知机电暂态仿真计算过程等效为了恒功率变换,设Kat为坐标变换系数,Kat的确定方法如下:
在一个具体实施例中,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:当锁相环采用标幺值控制时,基于新能源发电系统所连接的箱变的低压侧的额定线电压,确定新能源发电系统的锁相环从输入到输出的传递函数为:
式中:KpPLL、KiPLL是采用有名值控制时锁相环内部比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,uq为dq分解后的q轴电压,Δω为角速度差值,ωb为角速度基值,Ub为新能源发电系统所连接的箱变的低压侧的额定线电压。
具体为,锁相环通过并网点电压,锁定并跟踪并网点相位,实现新能源机组与电网保持同步,锁相环控制原理如图3a所示。KpPLL、KiPLL是采用有名值控制时锁相环内部比例、积分环节放大倍数。锁相环将uq控制为0,实现电压定向控制,锁相环采用标幺值控制时,新能源发电系统的锁相环从输入到输出的传递函数:
式中:uq为dq分解后的q轴电压,Δω为角速度差值,ωb为角速度基值, Ub为发电系统所连接的箱变的低压侧的额定线电压。
此外,S是控制中的复参变量,在传递函数中一般都默认。
在一个具体实施例中,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:当功率外环采用标幺值控制时,确定新能源发电系统的功率外环从输入到输出的传递函数为:
式中:KPA、KIA分别是采用有名值控制时的有功外环比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,Idref是d轴电流内环的参考值,Ib为对应变流器的电流基值,Sb为变流器功率基值,Pref是输出功率参考值,P是输出功率实际值,Ub是对应变流器的电压基值;并且其中当传递函数中的Ib为 Ibpv、IbDWTGg、Irb中的任意一项时,对应的Ub分别为Ubpv、UbDWTGg、Urb。
具体为,新能源发电系统的变流器采用dq解耦控制,为简化考虑,认为功率外环控制框图如图3b所示。KPA、KIA分别是采用有名值控制时的有功外环比例、积分环节放大倍数,KPB、KIB分别是采用有名值控制时的无功外环比例、积分环节放大倍数,Idref是d轴电流内环的参考值,Idref是q轴电流内环的参考值。从电网侧采集到的新能源发电设备发出的有功、无功功率进行滤波环节后,与参考值进行比较,通过PI控制得到内环参考电流。功率外环采用标幺值控制时,新能源发电系统的功率外环从输入到输出的传递函数为:
式中:KPA、KIA分别是采用有名值控制时的有功外环比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,Idref是d轴电流内环的参考值,Ib为对应变流器的电流基值,Sb为变流器功率基值,Pref是输出功率参考值,P是输出功率实际值,Ub是对应变流器的电压基值;并且其中当传递函数中的Ib为 Ibpv、IbDWTGg、Irb中的任意一项时,对应的Ub分别为Ubpv、UbDWTGg、Urb。
在一个具体实施例中,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:当无功外环采用标幺值控制时,确定新能源发电系统的无功外环从输入到输出的传递函数为:
式中:KPB、KIB分别是采用有名值控制时的无功外环比例、积分环节放大倍数,Kat为坐标变换系数,Ub是对应变流器的电压基值,并且其中Ub为 Ubpv、UbDWTGg、Urb中的任意一项。
具体为,对于无功外环同理可求得:
式中:Ib为对应变流器的电流基值,Sb为变流器功率基值,Pref是输出功率参考值,P是输出功率实际值,Ub是对应变流器的电压基值,并且其中Ub为Ubpv、UbDWTGg、Urb中的任意一项。
在一个具体实施例中,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:当电流内环采用标幺值控制时,新能源发电系统的电流内环从输出到输入的传递函数为:
式中:Kpi、Kii是采用有名值控制时的电流内环比例、积分环节放大倍数,idqref是电流内环的参考值,idq是电流内环的实际值,uacdqref是内环电压参考值,Ib是对应变流器的电流基值,Ub是对应变流器的电压基值,Zb是对应变流器的阻抗基值;并且其中当传递函数中的Ib为Ibpv、IbDWTGg、Irb、Igb中的任意一项时,对应的Ub分别为Ubpv、UbDWTGg、Urb、UbDFIG,对应的Zb分别为Zbpv、 ZbDWTGg、Zrb、Zgb。
通常,电流内环dq轴的控制参数一般是相同的,为简化考虑,认为电流内环的控制框图如图3c所示。Kpi、Kii是采用有名值控制时的电流内环比例、积分环节放大倍数;idqref是电流内环的参考值;idq是电流内环的实际值;uacdqref是内环电压参考值。内环电流差值通过PI控制得到内环电压参考值,Uacdqref经PWM控制环节得到输出电压,之后经过等效滤波器得到输出电流,并再次进行负反馈控制。电流内环采用标幺值控制时,新能源发电系统的电流内环从输出到输入的传递函数为:
式中:Ib是对应变流器的电流基值,Ub是对应变流器的电压基值,Zb是对应变流器的阻抗基值。
在一个具体实施例中,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:当直流电压环采用标幺值控制时,新能源发电系统的直流电压环从输入到输出的传递函数为:
式中:Kpdc、Kidc是采用有名值控制时的直流电压环比例、积分环节放大倍数,Idref是有功电流参考值,Ib是对应变流器的电流基值,Udcb是变流器直流环节的电压基值;并且其中当传递函数中的Ib为IbDWTGg、Igb中的任意一项时,对应的Udcb分别为UdcbDWTG、UdcbDFIG。
通常,简化考虑的直流电压环控制框图如图3d所示。Kpdc、Kidc是采用有名值控制时的直流电压环比例、积分环节放大倍数;idref是有功电流参考值。从直流侧采集到的直流电压Udc进行滤波环节后,与直流电压参考值Udcref进行比较,通过PI控制得到有功电流参考值。直流电压环采用标幺值控制时,新能源发电系统的直流电压环从输入到输出的传递函数为:
式中:Ib是对应变流器的电流基值,Udcb是变流器直流环节的电压基值。
在一个具体实施例中,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:当功率电流前馈采用标幺值控制时,新能源发电系统的功率电流前馈环从输入到输出的传递函数为:
式中:I′rdqref是前馈环生成的转子电流参考值部分,I″rdqref是PI环生成的转子电流参考值部分,Irb是机侧变流器的电流基值,Isb是定子侧电流基值, Udcb是变流器直流环节的电压基值,Ksr是有名值控制时电流前馈环节放大倍数,Kpsr、Kisr是采用有名值控制时的功率电流比例、积分环节放大倍数,Irdqref是转子电流参考值;Isdqref、Isdq分别是定子电流参考值和定子电流实际值。
通常,功率电流前馈控制环常被使用于双馈风机故障穿越时期对机侧变流器的控制,简化考虑的控制框图如图3e所示。Ksr是有名值控制时电流前馈环节放大倍数,Kpsr、Kisr是采用有名值控制时的功率电流比例、积分环节放大倍数,Irdqref是转子电流参考值;Isdqref、Isdq分别是定子电流参考值和定子电流实际值。定子电流参考值与滤波后的定子电流实际值经过功率电流 PI控制,加之自身前馈补偿,得到转子电流参考值。前馈补偿环节的设置利于增强故障穿越能力。功率电流前馈采用标幺值控制时,新能源发电系统的功率电流前馈环从输入到输出的传递函数为:
式中:I′rdqref是前馈环生成的转子电流参考值部分,I″rdqref是PI环生成的转子电流参考值部分,Irb是机侧变流器的电流基值,Isb是定子侧电流基值, Udcb是变流器直流环节的电压基值。
为了验证提出的标幺值转换方法,选取双馈风机作为算例在 PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真中对对称故障、不对称故障和小扰动故障进行输出结果分析:
1)对称故障:设置三相对称短路故障,3s时故障发生,0.5s后故障退出。得到电压、有功功率、无功功率响应对比如图4a-4d所示。
2)不对称故障:设置不对称短路故障,选取最易发生的单相接地故障, 3s时故障发生,0.5s后故障退出。得到电压、有功功率、无功功率响应对比如图5a-5d所示。
3)小扰动故障:设置3s时线路经电阻接地,0.1s后故障退出,以模拟小扰动故障。得到电压、有功功率、无功功率响应对比如图6a-6d所示。
因此,结合对对称故障、不对称故障和小扰动故障进行输出结果分析的结果,可以看出,与有名值控制的结果对比,在系统对称故障、不对称故障及小扰动等情况下,标幺化控制均可以良好地拟合系统实际电压、功率等的变化。
从而,本发明通过合理选取光伏与风力发电系统的基值,推导出标幺值模型下的控制参数,通过该转换方法可以将不同控制系统中的控制参数统一处理,对于建设新能源机组控制系统的一体化白盒模型具有重要参考价值。进而解决了现有技术中存在的缺少一种用来统一处理不同控制系统中的控制参数的标幺值转换方法,从而影响新能源并网控制系统的一体化建设的技术问题。
示例性装置
图7是本发明一示例性实施例提供的新能源并网控制系统建模的标幺值转换装置700的结构示意图。如图7所示,本实施例包括:
基值选取模块710,用于选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值;以及
标幺化处理模块720,用于基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。
本发明的实施例的新能源并网控制系统建模的标幺值转换装置700与本发明的另一个实施例的新能源并网控制系统建模的标幺值转换方相对应,在此不再赘述。
示例性电子设备
图8是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备,该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信,以从它们接收所采集到的输入信号。图8图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。如图8所示,电子设备包括一个或多个处理器81和存储器82。
处理器81可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元,并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
存储器82可以包括一个或多个计算机程序产品,所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质,例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/ 或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令,处理器81可以运行所述程序指令,以实现上文所述的本公开的各个实施例的软件程序的对历史变更记录进行信息挖掘的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中,电子设备还可以包括:输入装置83和输出装置84,这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
此外,该输入装置83还可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置84可以向外部输出各种信息。该输出设备84可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
当然,为了简化,图8中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些,省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外,根据具体应用情况,电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
除了上述方法和设备以外,本公开的实施例还可以是计算机程序产品,其包括计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的对历史变更记录进行信息挖掘的方法中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言,诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言,诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外,本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的对历史变更记录进行信息挖掘的方法中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理,但是,需要指出的是,在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言,由于其与方法实施例基本对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的,可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。
可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而,本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
还需要指出的是,在本公开的装置、设备和方法中,各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此,本公开不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (14)
1.一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换方法,其特征在于,包括:
选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值;以及
基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,选取光伏发电系统的多项基准值,包括:
光伏发电系统的交流电压的基准值Ubpv选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压,并且逆变器功率的基准值Sbpv选取为逆变器额定容量;光伏逆变器的直流电压的基准值Udcbpv选取为标准光照和温度时、最大功率控制状态下的直流母线电压;
基于Ubpv和Sbpv,确定光伏发电系统电网侧的交流电流基值Ibpv和阻抗基值Zbpv;以及
基于Udcbpv和Sbpv,确定光伏逆变器直流侧的直流电流基值Idcbpv和阻抗基值Zdcbpv。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,选取直驱风机的多项基准值,包括:
直驱风机的交流电压的基准值UbDWTGg选取为逆变器所连接的箱变的低压侧的额定线电压;
逆变器功率的基准值SbDWTG选取为变流器额定容量;
直驱风机的直流环节电压的基准值UdcbDWTG选取为直流侧的额定电压;
基于UbDWTGg和SbDWTG,确定直驱风机电网侧的交流电流基值IbDWTGg和阻抗基值ZbDWTGg;
基于UdcbDWTG和SbDWTG,确定直驱风机直流侧的直流电流基值IdcbDWTG和阻抗基值ZdcbDWTG;以及
直驱风机机侧变流器的基值选取方法与网侧变流器相同。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,选取双馈风机的多项基准值,包括:
双馈风机的定子侧功率基值和电压基值的选取与光伏发电系统相同;
双馈风机转子侧的功率基值Srb选取为变流器的额定功率;
基于双馈电机定子与转子匝数比Tsr、双馈风机正常运行过程中允许的最大滑差smax和双馈风机所连接的箱变的低压侧的额定线电压UbDFIG,确定双馈电机变流器机侧的电压基值Urb;以及
基于Srb和Urb,确定双馈风机变流器机侧的电流基值Irb与阻抗基值Zrb。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括:
双馈风机变流器直流侧的电压基准值UdcbDFIG选取为直流侧的额定电压,其中直流侧的功率基值选取为变流器的额定功率Srb;
双馈风机变流器网侧的交流电压基值与定子侧电压基值相同即UbDFIG,功率基值选取为变流器的额定功率Srb;
基于UdcbDFIG和Srb,确定双馈风机直流侧的电流基值IdcbDFIG和阻抗基值ZdcbDFIG;以及
基于UbDFIG和Srb,确定双馈风机网侧变流器的交流电流基值Igb和阻抗基值Zgb。
9.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当电流内环采用标幺值控制时,新能源发电系统的电流内环从输出到输入的传递函数为:
式中:Kpi、Kii是采用有名值控制时的电流内环比例、积分环节放大倍数,idqref是电流内环的参考值,idq是电流内环的实际值,uacdqref是内环电压参考值,Ib是对应变流器的电流基值,Ub是对应变流器的电压基值,Zb是对应变流器的阻抗基值;并且其中
当传递函数中的Ib为Ibpv、IbDWTGg、Irb、Igb中的任意一项时,对应的Ub分别为Ubpv、UbDWTGg、Urb、UbDFIG,对应的Zb分别为Zbpv、ZbDWTGg、Zrb、Zgb。
11.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理,包括:
当功率电流前馈采用标幺值控制时,新能源发电系统的功率电流前馈环从输入到输出的传递函数为:
式中:I′rdqref是前馈环生成的转子电流参考值部分,I″rdqref是PI环生成的转子电流参考值部分,Irb是机侧变流器的电流基值,Isb是定子侧电流基值,Udcb是变流器直流环节的电压基值,Ksr是有名值控制时电流前馈环节放大倍数,Kpsr、Kisr是采用有名值控制时的功率电流比例、积分环节放大倍数,Irdqref是转子电流参考值;Isdqref、Isdq分别是定子电流参考值和定子电流实际值。
12.一种新能源并网控制系统建模的标幺值转换装置,其特征在于,包括:
基值选取模块,用于选取新能源并网发电系统的基值,其中所述基值包括光伏发电系统的多项基准值、直驱风机的多项基准值和双馈风机的多项基准值;以及
标幺化处理模块,用于基于所选取的基值,对新能源发电系统控制环节中涉及的控制参数进行标幺化处理。
13.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序用于执行上述权利要求1-11任一所述的方法。
14.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括:
处理器;
用于存储所述处理器可执行指令的存储器;
所述处理器,用于从所述存储器中读取所述可执行指令,并执行所述指令以实现上述权利要求1-11任一所述的方法。
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