CN115313525A - 变速调相机的控制方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

变速调相机的控制方法、装置及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

一种变速调相机的控制方法及装置，该方法包括：获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref ；基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值；基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对调相机的控制。通过本发明实施例提供的方法及装置，实现调相机的构网型控制，可以达到无功/电压、有功/频率协调控制，实现电压和惯量自主性支撑。

Description

变速调相机的控制方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及新能源并网控制领域，具体而言，涉及一种变速调相机的控制方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
新能源机组出力具有明显的间歇性和波动性，风电、光伏的大规模接入会给局部电网稳定运行带来很大压力。随着新能源在电网中所占比例越来越高，特别是在特高压直流送端近区电网，新能源汇集占比高，集群化明显，电力系统的电压，惯性和一次调频的问题愈发严重，其对电网的影响范围也从局部逐渐扩大，大规模连锁脱网事故频频发生。
调相机作为一种无功功率补偿装置，可以根据系统的需要，自动地在电网电压下降时增加无功输出，在电网电压上升时吸收无功功率，以维持电压，提高电力系统的稳定性，改善系统供电质量，因而得到广泛应用。
目前已有的调相机均是采用同步电机，其在运行中存在惯量支撑不可控、不能参与系统的一次调频等问题，使得其在很多应用场景下，尤其是电网运行特性复杂的应用场景（如新能源场站），无法在解决短路电流不足及电压调节问题的同时，解决电网系统的惯量和频率调节问题，从而导致电力事故频发。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种变速调相机的控制方法、装置及计算机存储介质，旨在解决现有调相机在运行中存在惯量支撑不可控、不能参与系统的一次调频等问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种变速调相机的控制方法，所述方法包括：获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref ；基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值；基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对所述调相机的控制。
进一步地，所述获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 之前，还包括：获取调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc ；将所述调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ；基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，通过锁相环得到电网角频率ω l ，并基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 。
进一步地，所述基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，包括：采用如下公式计算得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，ν d 、ν q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电压U dq 的d、q轴分量，i d 、i q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 的d、q轴分量。
进一步地，所述获取无功功率参考值Q ref 之前，还包括；根据电网系统运行状态，得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ；对所述无功功率参考值的初始值Q ref1 进行限幅处理，得到无功功率参考值的最终值Q ref2 。
进一步地，所述获取有功功率参考值P ref 之前，还包括：获取系统频率，并采用如下公式计算有功功率参考值的初始值P ref1 ：
Figure 974194DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，K f 为有功-频率下垂控制参数，f ref 为参考频率50Hz，f s 为系统频率，f deadzone 为设定死区；
对所述有功功率参考值的初始值P ref1 进行限幅处理，得到有功功率参考值的最终值P ref2 。
进一步地，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，包括：基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角。
进一步地，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角，包括：采用如下公式计算得到转子励磁电压相角θ r ：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，T j 为虚拟惯性时间常数，ω vsg 为控制器虚拟角频率，ω r 为转子实际转速，ω l 为电网角频率，ω b 为电网角频率基准值，P ref 为有功功率参考值，P s 为调相机输出的有功功率，D为阻尼系数。
进一步地，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，包括：基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值。
进一步地，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值，包括：采用如下公式计算得到转子励磁电压幅值E r ：
Figure 750389DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，K vp 、K vi 为比例-积分环节控制参数，Q ref 为无功功率参考值，Q s 为调相机输出的无功功率，s为拉普拉斯算子。
进一步地，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压，包括：基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压。
进一步地，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压，包括：采用如下公式计算得到a、b、c三相励磁电压U a 、U b 、U c ：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，E r 为转子励磁电压幅值，θ r 为转子励磁电压相角。
第二方面，本发明实施例还提供了一种变速调相机的控制装置，所述装置包括：数据获取单元，用于获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref ；转子励磁电压计算单元，用于基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值；三相励磁电压计算单元，用于基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对所述调相机的控制。
进一步地，所述获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 之前，还包括：获取调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc ；将所述调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ；基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，通过锁相环得到电网角频率ω l ，并基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 。
进一步地，所述基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，包括：采用如下公式计算得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ：
Figure 920339DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，ν d 、ν q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电压U dq 的d、q轴分量，i d 、i q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 的d、q轴分量。
进一步地，所述获取无功功率参考值Q ref 之前，还包括；根据电网系统运行状态，得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ；对所述无功功率参考值的初始值Q ref1 进行限幅处理，得到无功功率参考值的最终值Q ref2 。
进一步地，所述获取有功功率参考值P ref 之前，还包括：获取系统频率，并采用如下公式计算有功功率参考值的初始值P ref1 ：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，K f 为有功-频率下垂控制参数，f ref 为参考频率50Hz，f s 为系统频率，f deadzone 为设定死区；
对所述有功功率参考值的初始值P ref1 进行限幅处理，得到有功功率参考值的最终值P ref2 。
进一步地，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，包括：基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角。
进一步地，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角，包括：采用如下公式计算得到转子励磁电压相角θ r ：
Figure 705761DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，T j 为虚拟惯性时间常数，ω vsg 为控制器虚拟角频率，ω r 为转子实际转速，ω l 为电网角频率，ω b 为电网角频率基准值，P ref 为有功功率参考值，P s 为调相机输出的有功功率，D为阻尼系数。
进一步地，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，包括：基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值。
进一步地，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值，包括：采用如下公式计算得到转子励磁电压幅值E r ：
Figure 723396DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，K vp 、K vi 为比例-积分环节控制参数，Q ref 为无功功率参考值，Q s 为调相机输出的无功功率，s为拉普拉斯算子。
进一步地，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压，包括：基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压。
进一步地，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压，包括：采用如下公式计算得到a、b、c三相励磁电压U a 、U b 、U c ：
Figure 873754DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，E r 为转子励磁电压幅值，θ r 为转子励磁电压相角。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述各实施例提供的方法。
本发明实施例提供的变速调相机的控制方法、装置及计算机存储介质，基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，之后基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对调相机的控制，在既能实现电网系统的稳态电压调节的前提下，又能在电压突变暂态过程提供快速正确的无功响应，并且对电网系统的惯量和一次调频起到主动调节作用，大大提高了电网系统的稳定性；实现调相机的构网型控制，可以达到无功/电压、有功/频率协调控制，实现电压和惯量自主性支撑。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的变速调相机的控制方法的示例性流程图；
图2示出了根据本发明实施例的锁相环控制的示例性框图；
图3示出了根据本发明实施例的调相机变流器控制的示例性框图；
图4示出了根据本发明实施例的变速调相机的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1示出了根据本发明实施例的变速调相机的控制方法的示例性流程图。
如图1所示，该方法包括：
步骤S101：获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref 。
进一步地，获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 之前，还包括：
获取调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc ；
将调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ；
基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，通过锁相环得到电网角频率ω l ，并基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 。
将调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 按照定子电压矢量控制原则进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq 。
图2示出了根据本发明实施例的锁相环控制的示例性框图。如图2所示，通过PLL锁相环模块，锁定并跟踪并网点相位，获得电网角频率ω l 。需要了解的是，此处的锁相环仅用于测量电网频率，不参与并网锁相。
图3示出了根据本发明实施例的调相机变流器控制的示例性框图。如图3所示，基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到电网角频率ω l 与得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，并无先后顺序，可以并行执行，也可以先后执行。
进一步地，基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，包括：
采用如下公式计算得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ：
Figure 468684DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，ν d 、ν q 分别为dq旋转坐标系下的电网电压U dq 的d、q轴分量，i d 、i q 分别为dq旋转坐标系下的电网电流i dq 的d、q轴分量。
进一步地，获取无功功率参考值Q ref 之前，还包括；
根据电网系统运行状态，得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ；
对无功功率参考值的初始值Q ref1 进行限幅处理，得到无功功率参考值的最终值Q ref2 。
上级系统根据电网系统运行状态通过计算可以得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ，对其进行容量限幅，即限定其上下限幅值，则可以得到无功功率参考值的最终值，并将其作为后续计算中的无功功率参考值。
进一步地，获取有功功率参考值P ref 之前，还包括：
获取系统频率，并采用如下公式计算有功功率参考值的初始值P ref1 ：
Figure 729901DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，K f 为有功-频率下垂控制参数，f ref 为参考频率50Hz，f s 为系统频率，f deadzone 为设定死区；
对有功功率参考值的初始值P ref1 进行限幅处理，得到有功功率参考值的最终值P ref2 。
有功功率参考值采用死区控制与下垂控制方法跟踪系统频率变化，若系统频率偏差量Δf=f ref − f s 没有越过设定死区f deadzone ，则有功功率参考值为0；若越过设定死区，则通过下垂控制得到有功功率参考值；对所得到的功功率参考值进行限幅，即限定其上下限幅值，则可以得到有功功率参考值的最终值，并将其作为后续计算中的有功功率参考值。
步骤S102：基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值。
图3示出了根据本发明实施例的调相机变流器控制的示例性框图。如图3所示，得到转子励磁电压相角与得到转子励磁电压幅值这两个步骤，并无先后顺序，可以并行执行，也可以先后执行。
进一步地，基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，包括：
基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角。
有功控制采用虚拟同步机控制策略，模拟同步发电机转子运动方程，在逆变器控制中引入转子惯量特性，使得功率和频率在动态变化中具备惯性；引入阻尼分量，增强系统抑制功率振荡的能力。将变速调相机输出有功功率与给定有功功率参考值的差值通过惯量和阻尼控制，得到变速调相机的转子励磁电压相角。
进一步地，基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压相角θ r ：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，T j 为虚拟惯性时间常数，ω vsg 为控制器虚拟角频率，ω r 为转子实际转速，ω l 为电网角频率，ω b 为电网角频率基准值，P ref 为有功功率参考值，P s 为调相机输出的有功功率，D为阻尼系数。
进一步地，基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，包括：
基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值。
励磁环控制模拟同步发电机励磁调压方程，将无功功率与给定无功功率参考值的差值通过比例-积分控制，得到转子励磁电压幅值。
进一步地，基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压幅值E r ：
Figure 788993DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，K vp 、K vi 为比例-积分环节控制参数，Q ref 为无功功率参考值，Q s 为调相机输出的无功功率，s为拉普拉斯算子。
步骤S103：基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对调相机的控制。
进一步地，基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压，包括：
基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压。
进一步地，基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压，包括：
采用如下公式计算得到a、b、c三相励磁电压U a 、U b 、U c ：
Figure 985619DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，E r 为转子励磁电压幅值，θ r 为转子励磁电压相角。
将矢量合成得到的三相静止坐标系下的转子电压作为变速调相机机侧变流器的PWM调制信号，实现对该变流器开关管的控制，进而实现对调相机的控制。
上述实施例，基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，之后基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对调相机的控制，在既能实现电网系统的稳态电压调节的前提下，又能在电压突变暂态过程提供快速正确的无功响应，并且对电网系统的惯量和一次调频起到主动调节作用，大大提高了电网系统的稳定性；实现调相机的构网型控制，可以达到无功/电压、有功/频率协调控制，实现电压和惯量自主性支撑。
图4示出了根据本发明实施例的变速调相机的控制装置的结构示意图。
如图4所示，该装置包括：
数据获取单元401，用于获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref 。
进一步地，获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 之前，还包括：
获取调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc ；
将调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ；
基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，通过锁相环得到电网角频率ω l ，并基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 。
将调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 按照定子电压矢量控制原则进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq 。
图2示出了根据本发明实施例的锁相环控制的示例性框图。如图2所示，通过PLL锁相环模块，锁定并跟踪并网点相位，获得电网角频率ω l 。需要了解的是，此处的锁相环仅用于测量电网频率，不参与并网锁相。
图3示出了根据本发明实施例的调相机变流器控制的示例性框图。如图3所示，基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到电网角频率ω l 与得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，并无先后顺序，可以并行执行，也可以先后执行。
进一步地，基于dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，包括：
采用如下公式计算得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ：
Figure 802265DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，ν d 、ν q 分别为dq旋转坐标系下的电网电压U dq 的d、q轴分量，i d 、i q 分别为dq旋转坐标系下的电网电流i dq 的d、q轴分量。
进一步地，获取无功功率参考值Q ref 之前，还包括；
根据电网系统运行状态，得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ；
对无功功率参考值的初始值Q ref1 进行限幅处理，得到无功功率参考值的最终值Q ref2 。
上级系统根据电网系统运行状态通过计算可以得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ，对其进行容量限幅，即限定其上下限幅值，则可以得到无功功率参考值的最终值，并将其作为后续计算中的无功功率参考值。
进一步地，获取有功功率参考值P ref 之前，还包括：
获取系统频率，并采用如下公式计算有功功率参考值的初始值P ref1 ：
Figure 867173DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，K f 为有功-频率下垂控制参数，f ref 为参考频率50Hz，f s 为系统频率，f deadzone 为设定死区；
对有功功率参考值的初始值P ref1 进行限幅处理，得到有功功率参考值的最终值P ref2 。
有功功率参考值采用死区控制与下垂控制方法跟踪系统频率变化，若系统频率偏差量Δf=f ref − f s 没有越过设定死区f deadzone ，则有功功率参考值为0；若越过设定死区，则通过下垂控制得到有功功率参考值；对所得到的功功率参考值进行限幅，即限定其上下限幅值，则可以得到有功功率参考值的最终值，并将其作为后续计算中的有功功率参考值。
转子励磁电压计算单元402，用于基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值。
图3示出了根据本发明实施例的调相机变流器控制的示例性框图。如图3所示，得到转子励磁电压相角与得到转子励磁电压幅值这两个步骤，并无先后顺序，可以并行执行，也可以先后执行。
进一步地，基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，包括：
基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角。
有功控制采用虚拟同步机控制策略，模拟同步发电机转子运动方程，在逆变器控制中引入转子惯量特性，使得功率和频率在动态变化中具备惯性；引入阻尼分量，增强系统抑制功率振荡的能力。将变速调相机输出有功功率与给定有功功率参考值的差值通过惯量和阻尼控制，得到变速调相机的转子励磁电压相角。
进一步地，基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压相角θ r ：
Figure 452875DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，T j 为虚拟惯性时间常数，ω vsg 为控制器虚拟角频率，ω r 为转子实际转速，ω l 为电网角频率，ω b 为电网角频率基准值，P ref 为有功功率参考值，P s 为调相机输出的有功功率，D为阻尼系数。
进一步地，基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，包括：
基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值。
励磁环控制模拟同步发电机励磁调压方程，将无功功率与给定无功功率参考值的差值通过比例-积分控制，得到转子励磁电压幅值。
进一步地，基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压幅值E r ：
Figure 210616DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，K vp 、K vi 为比例-积分环节控制参数，Q ref 为无功功率参考值，Q s 为调相机输出的无功功率，s为拉普拉斯算子。
三相励磁电压计算单元403，用于基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对调相机的控制。
进一步地，基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压，包括：
基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压。
进一步地，基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压，包括：
采用如下公式计算得到a、b、c三相励磁电压U a 、U b 、U c ：
Figure 780137DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，E r 为转子励磁电压幅值，θ r 为转子励磁电压相角。
将矢量合成得到的三相静止坐标系下的转子电压作为变速调相机机侧变流器的PWM调制信号，实现对该变流器开关管的控制，进而实现对调相机的控制。
上述实施例，基于有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，之后基于转子励磁电压相角和转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对调相机的控制，在既能实现电网系统的稳态电压调节的前提下，又能在电压突变暂态过程提供快速正确的无功响应，并且对电网系统的惯量和一次调频起到主动调节作用，大大提高了电网系统的稳定性；实现调相机的构网型控制，可以达到无功/电压、有功/频率协调控制，实现电压和惯量自主性支撑。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述各个实施例所提供的变速调相机的控制方法。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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 (23)

1.一种变速调相机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref ；
基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值；
基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对所述调相机的控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 之前，还包括：
获取调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc ；
将所述调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ；
基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，通过锁相环得到电网角频率ω l ，并基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，包括：
采用如下公式计算得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ：
Figure 539150DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，ν d 、ν q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电压U dq 的d、q轴分量，i d 、i q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 的d、q轴分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取无功功率参考值Q ref 之前，还包括；
根据电网系统运行状态，得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ；
对所述无功功率参考值的初始值Q ref1 进行限幅处理，得到无功功率参考值的最终值Q ref2 。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取有功功率参考值P ref 之前，还包括：
获取系统频率，并采用如下公式计算有功功率参考值的初始值P ref1 ：
Figure 721870DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，K f 为有功-频率下垂控制参数，f ref 为参考频率50Hz，f s 为系统频率，f deadzone 为设定死区；
对所述有功功率参考值的初始值P ref1 进行限幅处理，得到有功功率参考值的最终值P ref2 。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，包括：
基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压相角θ r ：
Figure 563924DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，T j 为虚拟惯性时间常数，ω vsg 为控制器虚拟角频率，ω r 为转子实际转速，ω l 为电网角频率，ω b 为电网角频率基准值，P ref 为有功功率参考值，P s 为调相机输出的有功功率，D为阻尼系数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，包括：
基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压幅值E r ：
Figure 21450DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，K vp 、K vi 为比例-积分环节控制参数，Q ref 为无功功率参考值，Q s 为调相机输出的无功功率，s为拉普拉斯算子。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压，包括：
基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压，包括：
采用如下公式计算得到a、b、c三相励磁电压U a 、U b 、U c ：
Figure 694877DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，E r 为转子励磁电压幅值，θ r 为转子励磁电压相角。
12.一种变速调相机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取单元，用于获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 、无功功率参考值Q ref 和有功功率参考值P ref ；
转子励磁电压计算单元，用于基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，并基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值；
三相励磁电压计算单元，用于基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压作为调相机变流器的PWM调制信号以实现对所述调相机的控制。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述获取电网角频率ω l 、调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 之前，还包括：
获取调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc ；
将所述调相机输出的三相电流i abc 和三相电压U abc 进行Park变换，得到dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ；
基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，通过锁相环得到电网角频率ω l ，并基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s 。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述基于所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 和电网电压U dq ，得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ，包括：
采用如下公式计算得到调相机输出的有功功率P s 和无功功率Q s ：
Figure 579656DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，ν d 、ν q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电压U dq 的d、q轴分量，i d 、i q 分别为所述dq旋转坐标系下的电网电流i dq 的d、q轴分量。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述获取无功功率参考值Q ref 之前，还包括；
根据电网系统运行状态，得到无功功率参考值的初始值Q ref1 ；
对所述无功功率参考值的初始值Q ref1 进行限幅处理，得到无功功率参考值的最终值Q ref2 。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述获取有功功率参考值P ref 之前，还包括：
获取系统频率，并采用如下公式计算有功功率参考值的初始值P ref1 ：
Figure 909007DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，K f 为有功-频率下垂控制参数，f ref 为参考频率50Hz，f s 为系统频率，f deadzone 为设定死区；
对所述有功功率参考值的初始值P ref1 进行限幅处理，得到有功功率参考值的最终值P ref2 。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，得到转子励磁电压相角，包括：
基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述基于所述有功功率参考值P ref 、调相机输出的有功功率P s 和电网角频率ω l ，通过有功环控制，得到转子励磁电压相角，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压相角θ r ：
Figure 170224DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，T j 为虚拟惯性时间常数，ω vsg 为控制器虚拟角频率，ω r 为转子实际转速，ω l 为电网角频率，ω b 为电网角频率基准值，P ref 为有功功率参考值，P s 为调相机输出的有功功率，D为阻尼系数。
19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，得到转子励磁电压幅值，包括：
基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述基于所述无功功率参考值Q ref 和调相机输出的无功功率Q s ，通过励磁环控制，得到转子励磁电压幅值，包括：
采用如下公式计算得到转子励磁电压幅值E r ：
Figure 901419DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，K vp 、K vi 为比例-积分环节控制参数，Q ref 为无功功率参考值，Q s 为调相机输出的无功功率，s为拉普拉斯算子。
21.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，得到三相励磁电压，包括：
基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述基于所述转子励磁电压相角和所述转子励磁电压幅值，通过矢量合成，得到三相励磁电压，包括：
采用如下公式计算得到a、b、c三相励磁电压U a 、U b 、U c ：
Figure 160362DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，E r 为转子励磁电压幅值，θ r 为转子励磁电压相角。
23.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-11任一所述的方法。
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