CN114465289A - 基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法及装置，方法包括以下步骤：在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC点处产生对应的谐波电流与电压；实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。本发明解决了新型电力系统阻抗辨识问题，进而提高了电力系统的同步稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法及装置，属于电网故障监测及诊断技术领域。
背景技术
由于电力系统电力电子化程度不断提高，使得电网的网架结构越来越弱，抗干扰能力越来越差，故障后新能源脱网的风险大大增加。因此，当电网出现故障时，新能源需要与电网保持同步稳定运行，即锁相环(phase-locked loop,PLL)频率与电网基频保持一致，以避免电网崩溃造成大面积停电事故。
戴维南等效(Thevenin Equivalent,TE)阻抗取决于电力系统拓扑和参数。新型电力系统中包含大量电力电子器件，对于时间尺度较小的同步失稳问题来说，传统的电网阻抗辨识方法精准度较低且未考虑故障对于TE阻抗的影响，难以实时获取系统故障后的TE阻抗信息，从而限制了自适应电流注入同步稳定控制方法在实际电力系统中的应用。
同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的出现给实时电网阻抗辨识的发展带来新的契机。根据PMU提供的电网测量数据进行分析计算，能够迅速辨识出较为准确的电网阻抗值，可将其应用于自适应电流控制方法中。自适应电流注入控制方法是解决新型电力系统同步失稳问题的有效手段。设计自适应电流注入控制方法的主要任务之一是计算系统TE阻抗。一般来说，自适应电流注入的有功与无功电流的比值等于TE电阻与电抗的比值其控制效果最为理想。因此，为了解决新型电力系统阻抗辨识问题，进而提高电力系统的同步稳定性，研发一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法则不失为一种新的解决思路。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法及装置，能够解决新型电力系统阻抗辨识问题，进而提高电力系统的同步稳定性。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，包括以下步骤：
在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC(point of common coupling,并网点)点处产生对应的谐波电流与电压；
实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT(fast Fourier transform,快速傅里叶变换)函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；
基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；
基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；
变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述叠加频率为fh的谐波电流选择非特征次谐波注入，fh为75Hz。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量，包括：
实时测量PCC点处的电压响应ut(t)和电流响应ic(t)，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量uth和电流分量ith：
对于任意周期信号f(t)，用如下形式的傅里叶级数表示：
式中an、bn分别为n次谐波频率分量的余弦、正弦分量的幅值，T＝1/f1，f1为基波频率，n表示谐波次数，n＝1,2,3…，n＝1对应基波分量；
所选电压分量uth和电流分量ith的谐波分量幅值和相位由下式计算：
式中，|Hn|表示谐波分量的幅值，∠Hn表示谐波分量的相位。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗，包括：
利用提取出响应信号中的谐波分量，通过下式计算得到TE等效阻抗Zline为：
式中，uth0和ith0为未注入谐波前的系统背景谐波信号，Rline为TE等效电阻， Xh为对应谐波下的TE等效电抗；
基波下的TE等效电抗Xline由下式计算得到：
式中，ω1、ωh分别为基波角频率与对应谐波频率下的角频率，ω1＝2πf1、ωh＝2πfh；
TE等效电感Lline＝Xline/ω1。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值，包括：将PLL描述为所示的二阶微分方程：
式中，λ为积分器引入的状态变量，Kp_pll和Ki_pll为PLL的PI参数，δ为虚拟功角，utq为PCC点电压Ut的q轴分量；
Ut在三相静止参考系中的表达式表示为：
式中，Ug为电网电压，Ic为变流器输出电流，id、iq分别为变流器输出电流的有功分量与无功分量，
为Ic在PLL的dq坐标系下的角度，θpll为变流器的输出角度；
将Ut从ABC三相静止参考系变换到锁相环dq旋转坐标系下，得到utq为：
式中“*”代表指令值，ωpll、ωg分别为锁相环dq旋转坐标系的角频率与电网角频率，ωp＝ωpll-ωg，θg为电网电压在ABC静止坐标系下的角度；
根据PLL频率，设置变流器输出电流指令如下式所示：
将式(9)代入式(8)中对utq表达式进行简化得到：
utq＝-Ugsinδ (10)
将式(10)代入式(6)所示二阶微分方程中，得到：
作为本实施例一种可能的实现方式，所述式(11)的稳定性证明过程为：
利用Lyapunov稳定性定理，建立Lyapunov函数：
对式(12)求导可得：
由于Kp_pll>0与Ki_pll>0，所以
即式(11)是全局稳定的。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述指令值在故障后20ms时给出，并经过电流PI控制环节后进行脉冲宽度调制，电流PI控制环节时间常数为1ms。
第二方面，本发明实施例提供的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制装置，包括：
谐波电流叠加模块，用于在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC点处产生对应的谐波电流与电压；
谐波分量提取模块，用于实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT 函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；
TE计算模块，用于基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；
指令值调整模块，用于基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；
电流输出模块，用于变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。
第三方面，本发明实施例提供的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如上任一所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供的一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上任一所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的步骤。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明准确实时的辨识出新型电力系统故障后TE阻抗。在自适应电流注入同步稳定控制过程中通过辨识出的阻抗信息来改变有功与无功电流注入的比值，以保证新能源场站在故障期间的同步稳定与并网运行，解决了新型电力系统阻抗辨识问题，进而提高了电力系统的同步稳定性，具有良好而又广泛的应用前景。
附图说明：
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制装置的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种TE并网系统拓扑及控制结构图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种仿真系统拓扑结构图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种TE实时阻抗辨识结果图(图5(a) 为等效电阻辨识结果图，图5(b)为等效电感辨识结果图)；
图6是根据一示例性实施例示出的一种计算机设备的结构图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，包括以下步骤：
在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC点处产生对应的谐波电流与电压；
实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；
基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；
基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；
变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。
本发明根据PMU测量PCC点处产生电压响应和电流响应，提高了数据收集速度与精度；通过FFT提高数据的分析处理速度，精确提取出相应的谐波分量，为后续阻抗计算奠定了坚实的基础；针对新型电力系统故障期间阻抗的辨识，可以实时精确跟踪阻抗的变化，充分考虑了故障对于系统TE阻抗的影响，更加贴合实际情况；本发明可应用于变流器电流指令值的设计，提升自适应电流控制策略的实用价值，保证新能源场站在故障期间能够并网运行；
本发明也可用于新型电力系统故障筛选，通过阻抗及电压的变化情况筛选出能够严重影响系统同步稳定的故障。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述叠加频率为fh的谐波电流选择非特征次谐波注入，fh为75Hz。由于电网中含有丰富的背景谐波，在扰动信号频率的选择上，为了尽可能地避开背景谐波的影响，通常选择非特征次谐波注入；另一方面为了能够尽可能地减弱频率变换带来的误差，通常选择距离基波频率较近的谐波，综合考虑选择谐波电流扰动的频率为75Hz。同时，选取较低的非特征谐波频率还可以减弱用户侧引入电容的干扰。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量，包括：
实时测量PCC点处的电压响应ut(t)和电流响应ic(t)，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量uth和电流分量ith：
对于任意周期信号f(t)，用如下形式的傅里叶级数表示：
式中an、bn分别为n次谐波频率分量的余弦、正弦分量的幅值，T＝1/f1，f1为基波频率，n表示谐波次数，n＝1,2,3…，n＝1对应基波分量；
所选电压分量uth和电流分量ith的谐波分量幅值和相位由下式计算：
式中，|Hn|表示谐波分量的幅值，∠Hn表示谐波分量的相位。
在FFT分析时，选取合适的基频分量，以降低故障期间电压与电流波动对后续阻抗辨识的影响。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗，包括：
利用提取出响应信号中的谐波分量，通过下式计算得到TE等效阻抗Zline为：
式中，uth0和ith0为未注入谐波前的系统背景谐波信号，Rline为TE等效电阻， Xh为对应谐波下的TE等效电抗；
基波下的TE等效电抗Xline由下式计算得到：
式中，ω1、ωh分别为基波角频率与对应谐波频率下的角频率，ω1＝2πf1、ωh＝2πfh；
TE等效电感Lline＝Xline/ω1。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值，包括：将PLL描述为所示的二阶微分方程：
式中，λ为积分器引入的状态变量，Kp_pll和Ki_pll为PLL的PI参数，δ为虚拟功角，utq为PCC点电压Ut的q轴分量；
Ut在三相静止参考系中的表达式表示为：
式中，Ug为电网电压，Ic为变流器输出电流，id、iq分别为变流器输出电流的有功分量与无功分量，
为Ic在PLL的dq坐标系下的角度，θpll为变流器的输出角度；
将Ut从ABC三相静止参考系变换到锁相环dq旋转坐标系下，得到utq为：
式中“*”代表指令值，ωpll、ωg分别为锁相环dq旋转坐标系的角频率与电网角频率，ωp＝ωpll-ωg，θg为电网电压在ABC静止坐标系下的角度；
根据PLL频率，设置变流器输出电流指令如下式所示：
将式(9)代入式(8)中对utq表达式进行简化得到：
utq＝-Ugsinδ (10)
将式(10)代入式(6)所示二阶微分方程中，得到：
作为本实施例一种可能的实现方式，所述式(11)的稳定性证明过程为：
利用Lyapunov稳定性定理，建立Lyapunov函数：
对式(12)求导可得：
由于Kp_pll>0与Ki_pll>0，所以
即式(11)是全局稳定的。
根据李雅普诺夫稳定性定理，构造李雅普诺夫函数，可以证明式(11)的 PLL二阶系统是全局稳定的，则可认为系统在大干扰下是稳定的。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述指令值在故障后20ms时给出，并经过电流PI控制环节后进行脉冲宽度调制，电流PI控制环节时间常数为1ms。
实际的输出电流与指令值及PLL动态相关，由于故障后电流控制环节与阻抗辨识精确度的影响，电流指令值会在故障后20ms时给出，经过电流PI控制环节后进行脉冲宽度调制。电流PI控制环节时间常数为1ms，加上电力电子器件时间尺度很小，变流器输出电流能够迅速跟踪指令值。
变流器同步稳定的时间尺度为100ms左右，故障发生20ms后，电流自适应注入策略参与控制，新能源场站与电网保持同步运行，实现故障穿越，提高新型电力系统的稳定性。输出电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致，从而实现电网严重故障期间，新能源场站输出与电网保持同步稳定。
图2是根据一示例性实施例示出的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制装置的结构示意图。如图2所示本发明实施例提供的一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制装置，包括：
谐波电流叠加模块，用于在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC点处产生对应的谐波电流与电压；
谐波分量提取模块，用于实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT 函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；
TE计算模块，用于基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；
指令值调整模块，用于基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；
电流输出模块，用于变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。
采用本实施例所述的装置进行变流器同步稳定控制的过程如下：
S1：新能源场站并网系统中，在电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网会在PCC点处产生对应的谐波电流与电压。
S2：由PMU实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用快速傅里叶变换(fastFourier transform,FFT)分析提取fh频率下的电压分量和电流分量。FFT 分析时，选取合适的基频分量，以降低故障期间电压与电流波动对后续阻抗辨识的影响。
S3：基于FFT提取出的fh频率下的电压分量和电流分量，通过计算得到 TE阻抗信息。
S4：根据辨识出的TE阻抗信息，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值，使有功电流与无功电流的比值与辨识出的TE电阻与电抗比值一致。根据李雅普诺夫稳定性定理，构造李雅普诺夫函数，可以证明PLL二阶系统是全局稳定的，则可认为系统在大干扰下是稳定的。
S5：实际的输出电流与指令值及PLL动态相关，电力电子器件时间尺度较小，电流控制环节的时间常数为1ms，变流器实际输出电流可以迅速跟踪指令值。
S6：输出电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。基于电网TE阻抗角的自适应电流控制方法，可以实现电网严重故障期间，新能源场站输出与电网保持同步稳定。
至此，已成功辨识出电网TE阻抗并应用于同步稳定控制过程中。
在步骤S1中，由于电网中含有丰富的背景谐波，在扰动信号频率的选择上，为了尽可能地避开背景谐波的影响，通常选择非特征次谐波注入；另一方面为了能够尽可能地减弱频率变换带来的误差，通常选择距离基波频率较近的谐波，综合考虑选择谐波电流扰动的频率为75Hz。同时，选取较低的非特征谐波频率还可以减弱用户侧引入电容的干扰。
在步骤S2中，在电流指令值上叠加谐波信号，根据PMU测量PCC点处产生电压响应ut(t)和电流响应ic(t)，由FFT提取响应信号中的谐波分量uth和ith：
对于任意周期信号f(t)，它可以用如下形式的傅里叶级数表示：
式中an、bn分别为n次谐波频率分量的余弦、正弦分量的幅值，T＝1/f1，f1为基波频率，n(n＝1,2,3…)表示谐波次数，n＝1对应基波分量。
所选谐波分量的幅值和相位由下式计算：
式中|Hn|表示谐波分量的幅值，∠Hn表示谐波分量的相位。
在步骤S3中，利用式(0.1)提取出响应信号中的谐波分量，通过计算得到 系统TE等效阻抗Zline为：
式中uth0和ith0为未注入谐波前的系统背景谐波信号，Rline为TE等效电阻，Xh为对应谐波下的TE等效电抗。
基波下的TE等效电抗Xline由式(0.5)计算得到：
式中ω1、ωh分别为基波角频率与对应谐波频率下的角频率，ω1＝2πf1、ωh＝2πfh。 TE等效电感Lline＝Xline/ω1。
在步骤S4中，可以将PLL描述为所示的二阶微分方程：
式中λ为积分器引入的状态变量，Kp_pll和Ki_pll为PLL的PI参数，δ为虚拟功角，utq为PCC点电压Ut的q轴分量。
Ut在三相静止参考系中的表达式可以表示为：
式中Ug为电网电压。Ic为变流器输出电流。id、iq分别为变流器输出电流的有功分量与无功分量，
为Ic在PLL的dq坐标系下的角度，θpll为变流器的输出角度。
将Ut从abc三相静止参考系变换到锁相环dq旋转坐标系下，可以得到utq为：
式中“*”代表指令值，ωpll、ωg分别为锁相环dq旋转坐标系的角频率与电网角频率，ωp＝ωpll-ωg，θg为电网电压在ABC静止坐标系下的角度。
根据PLL频率，设置变流器输出电流指令如式(0.9)所示：
将式(0.9)代入式(0.8)中，可以得到：
utq＝-Ugsinδ (0.10)
将式(0.10)代入二阶微分方程中(0.6)，可以得到
为了证明式(0.11)的稳定性，利用Lyapunov稳定性定理，建立Lyapunov 函数，证明该二阶系统的稳定性：
对式(0.12)求导可得：
由于Kp_pll>0与Ki_pll>0，
由李雅普诺夫稳定性判据可知，式(0.11) 是全局稳定的，在大扰动下可以认为系统是稳定的。
在步骤S5中，由于故障后电流控制环节与阻抗辨识精确度的影响，电流指令值会在故障后20ms时给出，经过电流PI控制环节后进行脉冲宽度调制(Pulse widthmodulation，PWM)。电流控制环节时间常数为1ms，加上电力电子器件时间尺度很小，变流器输出电流能够迅速跟踪指令值。
在步骤S6中，变流器同步稳定的时间尺度为100ms左右，故障发生20ms 后，电流自适应注入策略参与控制，新能源场站与电网保持同步运行，实现故障穿越，提高新型电力系统的稳定性。
在现有的变流器控制研究中，交流电力系统通常被建模为一个连接阻抗的电压源，同时假定电压源电压恒定。为验证上述方法的有效性，通过采用理想电压源的案例进行研究，TE并网系统拓扑及控制结构如图3所示。仿真在 Matlab/Simulink中进行，仿真步长是10us。仿真中使用的主要参数如表1所示。
表1仿真主要参数
| 参数 | 数值 |
| 额定交流电压 | 575V |
| 额定直流电压 | 1200V |
| 额定功率 | 100MW |
| 额定频率 | 50Hz |
| 锁相环比例系数(K<sub>p_pll</sub>) | 50 |
| 锁相环积分系数(K<sub>i_pll</sub>) | 1300 |
仿真系统拓扑结构如图4所示，Z1＝0.1+j1.2pu，Z2＝0.083+j1.0pu， Z3＝0.0167+j0.2pu，滤波电感Lf＝0.15pu，电压源的电压为1pu。1s时，Z2在图4 所示位置发生三相短路故障，接地电阻Rf＝0.03pu。
根据TE电路，系统正常工作状态下等效电感为0.6pu，等效电阻为0.05pu。 1s发生故障时，故障期间等效电感为0.1716pu，等效电阻为0.0365pu，PCC点电压源等效电压为0.1542pu。使用本发明提出的阻抗辨识方法测量系统的TE 阻抗，得到等效电阻、等效电感如图5所示。可以看出，本发明可以在故障发生前准确识别电网阻抗。虽然电网阻抗识别结果在故障初期存在较大振荡，但所提方法能在电网故障时实时跟踪阻抗变化，20ms内即可得到较为精确的阻抗信息，验证了该方法的有效性，可用于同步稳定控制策略中。
对故障条件下变流器的运行状态进行电磁暂态仿真。将无控制策略与采用自适应电流控制策略进行比较，验证所提阻抗辨识方法在电网严重故障时实现同步稳定控制的有效性。考虑到TE阻抗估计和FFT分析有20ms延迟。因此，计算的电流指令值在1.02s提供给电流控制环节。并且由于变流器输出容量的限制，输出电流除了需要满足式(0.9)仍应满足
因此有功电流和无功电流的指令值分别为0.2136pu和-0.9769pu。
在故障期间，未采用控制策略时，PCC点电压下降并逐渐发散，有功电流为1pu，无功电流为0达到给定值，但PLL虚拟功角和频率继续上升，与电网频率失去同步。采用自适应电流控制后，变流器输出的有功和无功电流能够快速跟踪指令值，电流指令值变化后PCC点电压保持稳定，PLL输出相位角逐渐稳定，PLL输出频率与电网保持同步，实现了变流器在故障期间的穿越。验证了本发明所提方法的有效性。
本发明根据PMU测量PCC点处产生电压响应和电流响应，提高了数据收集速度与精度。
本发明通过FFT提高数据的分析处理速度，精确提取出相应的谐波分量，为后续阻抗计算奠定了坚实的基础。
本发明针对新型电力系统故障期间阻抗的辨识，可以实时精确跟踪阻抗的变化，充分考虑了故障对于系统TE阻抗的影响，更加贴合实际情况。
本发明可应用于变流器电流指令值的设计，提升自适应电流控制策略的实用价值，保证新能源场站在故障期间能够并网运行。
本发明也可用于新型电力系统故障筛选，通过阻抗及电压的变化情况筛选出能够严重影响系统同步稳定的故障。
图6是根据一示例性实施例示出的一种计算机设备的结构图。如图6所示，本发明实施例提供的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如上述任意基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的步骤。
具体地，上述存储器和处理器能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器运行存储器存储的计算机程序时，能够执行上述基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的计算机设备的结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。
在一些实施例中，该计算机设备还可以包括触摸屏可用于显示图形用户界面(例如，应用程序的启动界面)和接收用户针对图形用户界面的操作(例如，针对应用程序的启动操作)。具体的触摸屏可包括显示面板和触控面板。其中显示面板可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等形式来配置。触控面板可收集用户在其上或附近的接触或者非接触操作，并生成预先设定的操作指令，例如，用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板上或在触控面板附近的操作。另外，触控面板可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位、姿势，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成处理器能够处理的信息，再送给处理器，并能接收处理器发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板，也可以采用未来发展的任何技术实现触控面板。进一步的，触控面板可覆盖显示面板，用户可以根据显示面板显示的图形用户界面，在显示面板上覆盖的触控面板上或者附近进行操作，触控面板检测到在其上或附近的操作后，传送给处理器以确定用户输入，随后处理器响应于用户输入在显示面板上提供相应的视觉输出。另外，触控面板与显示面板可以作为两个独立的部件来实现也可以集成而来实现。
对应于上述应用程序的启动方法，本发明实施例还提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任意基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的步骤。
本申请实施例所提供的应用程序的启动装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC点处产生对应的谐波电流与电压；
实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；
基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；
基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；
变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。
2.根据权利要求1所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，所述叠加频率为fh的谐波电流选择非特征次谐波注入，fh为75Hz。
3.根据权利要求1所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，所述实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量，包括：
实时测量PCC点处的电压响应ut(t)和电流响应ic(t)，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量uth和电流分量ith：
对于任意周期信号f(t)，用如下形式的傅里叶级数表示：
式中an、bn分别为n次谐波频率分量的余弦、正弦分量的幅值，T＝1/f1，f1为基波频率，n表示谐波次数，n＝1,2,3…，n＝1对应基波分量；
所选电压分量uth和电流分量ith的谐波分量幅值和相位由下式计算：
式中，|Hn|表示谐波分量的幅值，∠Hn表示谐波分量的相位。
4.根据权利要求1所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，所述基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗，包括：
利用提取出响应信号中的谐波分量，通过下式计算得到TE等效阻抗Zline为：
式中，uth0和ith0为未注入谐波前的系统背景谐波信号，Rline为TE等效电阻，Xh为对应谐波下的TE等效电抗；
基波下的TE等效电抗Xline由下式计算得到：
式中，ω1、ωh分别为基波角频率与对应谐波频率下的角频率，ω1＝2πf1、ωh＝2πfh；
TE等效电感Lline＝Xline/ω1。
5.根据权利要求1所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，所述基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值，包括：将PLL描述为所示的二阶微分方程：
式中，λ为积分器引入的状态变量，Kp_pll和Ki_pll为PLL的PI参数，δ为虚拟功角，utq为PCC点电压Ut的q轴分量；
Ut在三相静止参考系中的表达式表示为：
式中，Ug为电网电压，Ic为变流器输出电流，id、iq分别为变流器输出电流的有功分量与无功分量，
为Ic在PLL的dq坐标系下的角度，θpll为变流器的输出角度；
将Ut从ABC三相静止参考系变换到锁相环dq旋转坐标系下，得到utq为：
式中“*”代表指令值，ωpll、ωg分别为锁相环dq旋转坐标系的角频率与电网角频率，ωp＝ωpll-ωg，θg为电网电压在ABC静止坐标系下的角度；
根据PLL频率，设置变流器输出电流指令如下式所示：
将式(9)代入式(8)中对utq表达式进行简化得到：
utq＝-Ugsinδ (10)
将式(10)代入式(6)所示二阶微分方程中，得到：
6.根据权利要求5所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，所述式(11)的稳定性证明过程为：
利用Lyapunov稳定性定理，建立Lyapunov函数：
对式(12)求导得：
由于Kp_pll>0与Ki_pll>0，所以
即式(11)是全局稳定的。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法，其特征在于，所述指令值在故障后20ms时给出，并经过电流PI控制环节后进行脉冲宽度调制，电流PI控制环节时间常数为1ms。
8.一种基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制装置，其特征在于：包括：
谐波电流叠加模块，用于在新能源场站并网系统中电流控制环节上叠加频率为fh的谐波电流，经过电网在PCC点处产生对应的谐波电流与电压；
谐波分量提取模块，用于实时测量PCC点处的电压与电流数据，采用FFT函数分析提取fh频率下的电压分量和电流分量；
TE计算模块，用于基于上述电压分量和电流分量，进行计算TE等效阻抗；
指令值调整模块，用于基于PLL原理，根据TE等效阻抗，调整变流器输出的有功电流与无功电流的指令值；
电流输出模块，用于变流器实际输出电流跟踪指令值，使输出的有功电流与无功电流达到指令值后，变流器虚拟功角趋于稳定，频率与电网基频保持一致。
9.一种计算机设备，其特征是，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如权利要求1-7任一所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征是，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一所述的基于实时电网阻抗辨识的变流器同步稳定控制方法的步骤。
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| CN115249980A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-28 | 上海交通大学 | 数据和知识联合驱动的新能源场站阻抗辨识方法及系统 |
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