CN115549169B - 一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法、装置及系统，方法包括：将整流侧PLL与逆变侧PLL分别测得第一交流系统与第二交流系统的系统频率进行微分，得到两侧系统的频率变化率，基于两侧系统的频率变化率，计算两侧系统的附加功率，将两侧系统的附加功率做差，得到目标附加功率并输入至功率外环控制器。可见，通过建立两侧交流系统的系统频率变化率与系统频率变化率的关系，使两个附加功率之差的目标附加功率能够随两个系统频率变化率的变化而自适应，从而向两侧交流系统提供足够且合适的惯量支撑。进一步地，由于惯量控制能量来自于柔直连接的双侧交流系统，减小了惯量控制中对直流电容能量的需求，降低了对直流电容的参数要求。
Description
技术领域
本申请涉及柔性直流技术领域，更具体的说，是涉及一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法、装置及系统。
背景技术
随着居民用电需求的增加，电网发展刻不容缓，对电网技术的要求也越来越高。如今，交直流电网系统的发展面临着网架结构密集、短路电流超标、直流落点集中、交直流互相影响风险大等问题。目前，技术人员采用背靠背柔性直流的方式，将大型交直流电网拆分成多个小型区域电网以进行异步互联，克服了网架结构密集、短路电流超标、直流落点集中、交直流互相影响风险大的问题。
然而，随着电网负荷中心煤电机组逐渐退役，新能源装机逐渐增加，导致异步互联的区域电网中非同步机组的占比不断增加，电网系统惯量不足，且背靠背柔性直流的方式表现为零惯量特性，无法为交直流电网系统提供足够的惯量支撑，导致交直流电网系统不能安全稳定运行。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法、装置及系统，以向交直流电网系统中的交流系统提供足够且合适的惯量支撑。
为了实现上述目的，现提出具体方案如下：
一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法，应用于柔性直流虚拟惯量控制系统中的控制处理器，所述柔性直流虚拟惯量控制系统还包括第一交流系统、第二交流系统、整流侧变流器和逆变侧变流器，所述整流侧变流器包括整流侧锁相环PLL控制器、功率外环控制器和第一虚拟惯量控制器，所述逆变侧变流器包括逆变侧PLL控制器和第二虚拟惯量控制器；
该方法包括：
驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率；
驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率；
驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率；
驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率；
将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率；
将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。
可选的，驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率，包括：
驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数；
驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述第一交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统的附加功率。
可选的，驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数，包括：
利用下式计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数：
其中，fP为所述第一交流系统的系统频率，HP为预设的第一惯量常数基准值，为所述第一交流系统的频率变化率，NP为所述第一交流系统的频率变化率的死区值，H1为预设的第一虚拟惯量增量系数，m为预设的第一幂指数。
可选的，驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率，包括：
驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数；
驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述第二交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率。
可选的，驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数，包括：
其中，fD为所述第二交流系统的系统频率，HD为预设的第二惯量常数基准值，为所述第二交流系统的频率变化率，ND为所述第二交流系统的频率变化率的死区值，H2为预设的第二虚拟惯量增量系数，n为预设的第二幂指数。
可选的，所述整流侧变流器还包括整流侧电流内环控制器，所述逆变侧变流器还包括逆变侧电流内环控制器和电压外环控制器。
一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制装置，应用于柔性直流虚拟惯量控制系统中的控制处理器，所述柔性直流虚拟惯量控制系统还包括第一交流系统、第二交流系统、整流侧变流器和逆变侧变流器，所述整流侧变流器包括整流侧锁相环PLL控制器、功率外环控制器和第一虚拟惯量控制器，所述逆变侧变流器包括逆变侧PLL控制器和第二虚拟惯量控制器；
该装置包括：
第一频率变化率获取单元，用于驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率；
整流附加功率计算单元，用于驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率；
第二频率变化率获取单元，用于驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率；
逆变附加功率计算单元，用于驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率；
目标附加功率计算单元，用于将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率；
惯量支撑提供单元，用于将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。
一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制系统，包括控制处理器、第一交流系统、第二交流系统、整流侧变流器和逆变侧变流器，所述整流侧变流器包括整流侧锁相环PLL控制器、功率外环控制器和第一虚拟惯量控制器，所述逆变侧变流器包括逆变侧PLL控制器和第二虚拟惯量控制器；
所述第一虚拟惯量控制器，用于将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率，基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数，将所述第一交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统的附加功率；
所述第二虚拟惯量控制器，用于将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率，基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数，将所述第二交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率；
所述控制处理器，用于将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率，并将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。
可选的，所述整流侧变流器还包括整流侧电流内环控制器。
可选的，所述逆变侧变流器还包括逆变侧电流内环控制器和电压外环控制器。
借由上述技术方案，本申请通过驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率，驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率，驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率，驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率，将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率，将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。由此可见，通过获取两侧交流系统的系统频率，计算得出两侧交流系统的系统频率变化率，从而能够确定两侧交流系统的附加功率，使两个附加功率之差的目标附加功率能够随两个系统频率变化率的变化而自适应，从而能够向两侧交流系统提供足够且合适的惯量支撑。进一步地，由于惯量控制能量来自于柔性直流连接的双侧交流系统，从而减小了惯量控制中对直流电容能量的需求，降低了对直流电容的参数要求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例提供的实现异步互联下的柔性直流虚拟惯量控制的一种系统架构示意图；
图2为本申请实施例提供的实现异步互联下的柔性直流虚拟惯量控制的一种系统控制拓扑图；
图3为本申请实施例提供的控制处理器实现异步互联下的柔性直流虚拟惯量控制的一种流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种控制处理器实现异步互联下的柔性直流虚拟惯量控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的实现异步互联下的柔性直流虚拟惯量控制的一种可选系统架构，如图1所示，该系统架构可以包括控制处理器10、第一交流系统20、第二交流系统30、整流侧变流器40和逆变侧变流器50。
其中，所述整流侧变流器40可以包括整流侧锁相环PLL控制器41、第一虚拟惯量控制器42和功率外环控制器43，所述逆变侧变流器50可以包括逆变侧PLL控制器51和第二虚拟惯量控制器52。第一交流系统20的电力数据可以通过整流侧PLL控制器41测量得到，第二交流系统30的电力数据可以通过逆变侧PLL控制器51测量得到。第一交流系统20可以通过柔性直流系统与第二交流系统30交接。控制处理器10可以驱动第一交流系统20、第二交流系统30、整流侧变流器40和逆变侧变流器50之间的指令调度，可以对电力信息数据进行计算处理。
具体的，整流侧变流器40还可以包括整流侧电流内环控制器44，逆变侧变流器50还可以包括电压外环控制器53和逆变侧电流内环控制器54。
示例如，异步互联下的柔性直流虚拟惯量控制系统的系统控制拓扑如图2所示。在整流侧变流器控制中，整流侧PLL控制器41执行整流侧PLL的控制，第一虚拟惯量控制器42执行第一虚拟惯量控制，功率外环控制器43执行功率外环的控制，整流侧电流内环控制器44执行整流侧电流内环控制。整流侧PLL控制器41实现整流侧变流器40与第一交流系统20的锁相同步，实现了交流系统1的系统频率fP和公共连接点PCC点(Point of CommonCoupling)并网矢量的相位θP的测量。整流侧变流器40控制的功率外环控制主要实现整流侧变流器40的有功和无功的控制，其中有功通过整流侧直流功率控制指令值P0ref和整流侧直流功率实际值P0相减经过PI控制环节得到电流内环d轴的电流控制参考值iPdref。无功主要通过电压/无功控制环节生成电流内环q轴的电流控制参考值iPqref。整流侧变流器控制的电流内环控制主要实现对变流器电流指令的快速跟踪控制，电流内环的控制输入主要PCC点并网电压uP、电流iP的d、q轴分量uPd、uPq、iPd、iPq，以及功率外环输出的d、q轴电流控制参考值iPdref、iPqref。在逆变侧变流器控制中，逆变侧PLL控制器51执行逆变侧PLL的控制，第二虚拟惯量控制器52执行第二虚拟惯量控制，电压外环控制器53执行电压外环的控制，逆变侧电流内环控制器54执行逆变侧电流内环控制。逆变侧PLL控制器51实现整流侧变流器与交流系统2的锁相同步，实现了交流系统2的系统频率fD和PCC点并网矢量的相位θD的测量。逆变侧变流器控制的电压外环控制主要实现维持整流侧和逆变侧有功功率的平衡以及交流系统2无功的控制，其中有功通过直流电压控制指令值Udcref和直流电压实际值Udc相减经过PI控制环节得到电流内环d轴的电流控制参考值iDdref。无功主要通过电压/无功控制环节生成电流内环q轴的电流控制参考值iDqref。逆变侧变流器控制的电流内环控制主要实现对变流器电流指令的快速跟踪控制，电流内环的控制输入主要PCC点并网电压uD、电流iD的d、q轴分量uDd、uDq、iDd、iDq，以及功率外环输出的d、q轴电流控制参考值iDdref、iDqref。
所述第一虚拟惯量控制器42，可以用于将所述整流侧PLL控制器41所测得所述第一交流系统20的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统20的频率变化率，基于所述第一交流系统20的频率变化率，计算所述第一交流系统20的虚拟惯量系数，将所述第一交流系统20的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统20的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统20的附加功率。
所述第二虚拟惯量控制器52，可以用于将所述逆变侧PLL控制器51所测得所述第二交流系统30的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统30的频率变化率，基于所述第二交流系统30的频率变化率，计算所述第二交流系统30的虚拟惯量系数，将所述第二交流系统30的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统30的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统30的附加功率。
所述控制处理器10，可以用于将所述第一交流系统20的附加功率，减去所述第二交流系统20的附加功率，得到目标附加功率，并将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统20和所述第二交流系统30提供柔性直流惯量支撑。
基于图1所示的系统架构，图3示出了本申请实施例提供的控制处理器10实现异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法的一种流程示意图，参照图3，该流程可以包括：
步骤S110、驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率。
具体的，第一交流系统20的频率变化率可以表示在单位时间内第一交流系统20的电压频率变化的快慢。
步骤S120、驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率。
可以理解的是，第一交流系统20的附加功率的能够随第一交流系统的系统频率变化率的变化而调整。
步骤S130、驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率。
具体的，第二交流系统30的频率变化率可以表示在单位时间内第二交流系统30的电压频率变化的快慢。
步骤S140、驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率。
可以理解的是，第二交流系统30的附加功率的能够随第二交流系统30的系统频率变化率的变化而调整。
步骤S150、将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率。
可以理解的是，由于目标附加功率为第一交流系统20的附加功率减去第二交流系统30的附加功率的差，也即第二交流系统的附加功率能够起到功率附加抵消的作用，实现对目标附加功率的精准控制。
步骤S160、将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。
可以理解的是，由于目标附加功率能够随两个系统频率变化率的变化而自适应，从而能够向两侧交流系统提供足够且合适的惯量支撑。
本实施例提供的异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法，控制处理器10通过驱动所述第一虚拟惯量控制器42将所述整流侧PLL控制器41所测得所述第一交流系统20的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统20的频率变化率，驱动所述第一虚拟惯量控制器42基于所述第一交流系统20的频率变化率，计算所述第一交流系统20的附加功率，驱动所述第二虚拟惯量控制器52将所述逆变侧PLL控制器51所测得所述第二交流系统30的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统30的频率变化率，驱动所述第二虚拟惯量控制器52基于所述第二交流系统30的频率变化率，计算所述第二交流系统30的附加功率，将所述第一交流系统20的附加功率，减去所述第二交流系统30的附加功率，得到目标附加功率，将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器43，以向所述第一交流系统20和所述第二交流系统30提供柔性直流惯量支撑。由此可见，通过获取两侧交流系统的系统频率，计算得出两侧交流系统的系统频率变化率，从而能够确定两侧交流系统的附加功率，使两个附加功率之差的目标附加功率能够随两个系统频率变化率的变化而自适应，从而向两侧交流系统提供足够且合适的惯量支撑。进一步地，由于惯量控制能量来自于柔性直流连接的双侧交流系统，从而减小了惯量控制中对直流电容能量的需求，降低了对直流电容的参数要求。
本申请的一些实施例中，对上述步骤S120、控制处理器10驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率的过程进行介绍，该过程可以包括：
S1、控制处理器10驱动所述第一虚拟惯量控制器42基于所述第一交流系统20的频率变化率，计算所述第一交流系统20的虚拟惯量系数。
具体的，控制处理器10计算所述第一交流系统20的虚拟惯量系数的过程可以包括：
控制处理器10利用下式计算所述第一交流系统20的虚拟惯量系数：
其中，fP为所述第一交流系统20的系统频率，HP为预设的第一惯量常数基准值，为所述第一交流系统20的频率变化率，NP为所述第一交流系统20的频率变化率的死区值，H1为预设的第一虚拟惯量增量系数，m为预设的第一幂指数。
由此可见，当第一交流系统20的频率变化率小于其死区值时，第一交流系统20的虚拟惯量系数可以恒为预设的第一惯量常数基准值HP，当第一交流系统20的频率变化率大于其死区值时，第一交流系统20的虚拟惯量系数与其频率变化率的绝对值呈指数变化的函数关系。因此，通过建立虚拟惯量系数与频率变化率的动态变化关系，能够在第一交流系统20的频率变化率较大时提供较大的惯量支撑，同时在第一交流系统20的频率变化率较小时能够减小惯量系数，从而减少第一交流系统20的动态响应时间。
S2、控制处理器10驱动所述第一虚拟惯量控制器42将所述第一交流系统20的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统20的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统20的附加功率。
可以理解的是，在计算第一交流系统20的附加功率的过程中，通过融合第一交流系统20的阻尼系数，使得计算得到的附加功率提供惯量响应的同时，也提供了阻尼响应，有利于向第一交流系统20和第二交流系统30提供更好的柔性直流惯量支撑。
本实施例提供的异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法，控制处理器10通过驱动所述第一虚拟惯量控制器42基于所述第一交流系统20的频率变化率，计算所述第一交流系统20的虚拟惯量系数，并将所述第一交流系统20的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统20的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统20的附加功率，能够有效地建立第一交流系统20的频率变化率与其虚拟惯量系数之间的关系，使得在第一交流系统20的频率变化率较大时提供较大的惯量支撑，同时在第一交流系统20的频率变化率较小时能够减小惯量系数，从而减少第一交流系统20的动态响应时间。
本申请的一些实施例中，对上述实施例提到的、步骤S140、控制处理器10驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率的过程进行介绍，该过程可以包括：
S1、控制处理器10驱动所述第二虚拟惯量控制器52基于所述第二交流系统30的频率变化率，计算所述第二交流系统30的虚拟惯量系数。
具体的，控制处理器10计算所述第二交流系统30的虚拟惯量系数的过程可以包括：
控制处理器10利用下式计算所述第二交流系统30的虚拟惯量系数：
其中，fD为所述第二交流系统30的系统频率，HD为预设的第二惯量常数基准值，为所述第二交流系统30的频率变化率，ND为所述第二交流系统30的频率变化率的死区值，H2为预设的第二虚拟惯量增量系数，n为预设的第二幂指数。
由此可见，当第二交流系统30的频率变化率小于其死区值时，第二交流系统30的虚拟惯量系数可以恒为预设的第二惯量常数基准值HD，当第二交流系统30的频率变化率大于其死区值时，第二交流系统30的虚拟惯量系数与其频率变化率的绝对值呈指数变化的函数关系。因此，通过建立虚拟惯量系数与频率变化率的动态变化关系，能够在第二交流系统30的频率变化率较大时提供较大的惯量支撑，同时在第二交流系统30的频率变化率较小时能够减小惯量系数，从而减少第二交流系统30的动态响应时间。
S2、控制处理器10驱动所述第二虚拟惯量控制器52将所述第二交流系统30的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统30的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率。
可以理解的是，在计算第二交流系统30的附加功率的过程中，通过融合第二交流系统30的阻尼系数，使得计算得到的附加功率提供惯量响应的同时，也提供了阻尼响应，有利于向第一交流系统20和第二交流系统30提供更好的柔性直流惯量支撑。
由于整流侧和逆变侧惯量直流功率对交流系统的影响不同，将第一交流系统20的虚拟惯量控制的附加功率PP，减去第二交流系统30的虚拟惯量控制的附加功率PD得到双侧惯量控制的附加功率指令值Ph。将双侧惯量控制的附加功率指令值Ph附加至整流侧功率外环直流功率控制指令值P0ref，实现对柔直功率的附加控制。
通过将第一交流系统20与第二交流系统30进行等效，可以得出转子运动方程：
其中，Pm1和Pm2分别为第一交流系统20与第二交流系统30的等效机械功率，Pe1和Pe2分别为第一交流系统20与第二交流系统30的等效电磁功率，HS1和HS2分别为第一交流系统20与第二交流系统30的预设的第一惯量常数和第二惯量常数，KS1和KS2分别为第一交流系统20与第二交流系统30的预设的第一阻尼常数和第二阻尼常数，ΔPDC为柔性直流的惯量响应功率。
由于整流侧和逆变侧惯量直流功率对交流系统的影响不同，因此为了提升第一交流系统20和第二交流系统30的惯量阻尼响应，双侧惯量响应功率附加值ΔPDC可表示为：
从而得到上述转子运动方程可表示为：
由此可见，将柔性直流虚拟惯量引入控制，能够有效对第一交流系统20和第二交流系统30进行惯量支撑。
本实施例提供的异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法，控制处理器10通过驱动所述第二虚拟惯量控制器52基于所述第二交流系统30的频率变化率，计算所述第二交流系统30的虚拟惯量系数，并将所述第二交流系统30的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统30的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率，能够有效地建立第二交流系统30的频率变化率与其虚拟惯量系数之间的关系，使得在第二交流系统30的频率变化率较大时提供较大的惯量支撑，同时在第二交流系统30的频率变化率较小时能够减小惯量系数，从而减少第二交流系统30的动态响应时间。
下面对本申请实施例提供的控制处理器10实现异步互联的柔性直流虚拟惯量控制装置进行描述，下文描述的控制处理器10实现异步互联的柔性直流虚拟惯量控制装置与上文描述的控制处理器10实现异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法可相互对应参照。
参见图4，图4为本申请实施例公开的一种控制处理器10实现异步互联的柔性直流虚拟惯量控制装置结构示意图。
如图4所示，该装置可以包括：
第一频率变化率获取单元11，用于驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率；
整流附加功率计算单元12，用于驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率；
第二频率变化率获取单元13，用于驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率；
逆变附加功率计算单元14，用于驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率；
目标附加功率计算单元15，用于将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率；
惯量支撑提供单元16，用于将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制方法，其特征在于，应用于柔性直流虚拟惯量控制系统中的控制处理器，所述柔性直流虚拟惯量控制系统还包括第一交流系统、第二交流系统、整流侧变流器和逆变侧变流器，所述整流侧变流器包括整流侧锁相环PLL控制器、功率外环控制器和第一虚拟惯量控制器，所述逆变侧变流器包括逆变侧PLL控制器和第二虚拟惯量控制器；
该方法包括：
驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率；
驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率；
驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率；
驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率；
将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率；
将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑；
所述驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率，包括：
驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数；
驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述第一交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统的附加功率；
所述驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率，包括：
驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数；
驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述第二交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数，包括：
利用下式计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数：
其中，fP为所述第一交流系统的系统频率，HP为预设的第一惯量常数基准值，为所述第一交流系统的频率变化率，NP为所述第一交流系统的频率变化率的死区值，H1为预设的第一虚拟惯量增量系数，m为预设的第一幂指数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数，包括：
其中，fD为所述第二交流系统的系统频率，HD为预设的第二惯量常数基准值，为所述第二交流系统的频率变化率，ND为所述第二交流系统的频率变化率的死区值，H2为预设的第二虚拟惯量增量系数，n为预设的第二幂指数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整流侧变流器还包括整流侧电流内环控制器，所述逆变侧变流器还包括逆变侧电流内环控制器和电压外环控制器。
5.一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制装置，其特征在于，应用于柔性直流虚拟惯量控制系统中的控制处理器，所述柔性直流虚拟惯量控制系统还包括第一交流系统、第二交流系统、整流侧变流器和逆变侧变流器，所述整流侧变流器包括整流侧锁相环PLL控制器、功率外环控制器和第一虚拟惯量控制器，所述逆变侧变流器包括逆变侧PLL控制器和第二虚拟惯量控制器；
该装置包括：
第一频率变化率获取单元，用于驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率；
整流附加功率计算单元，用于驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率；
第二频率变化率获取单元，用于驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率；
逆变附加功率计算单元，用于驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率；
目标附加功率计算单元，用于将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率；
惯量支撑提供单元，用于将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑；
所述整流附加功率计算单元驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的附加功率的过程包括：所述整流附加功率计算单元驱动所述第一虚拟惯量控制器基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数，驱动所述第一虚拟惯量控制器将所述第一交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统的附加功率；
所述逆变附加功率计算单元驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的附加功率的过程包括：所述逆变附加功率计算单元驱动所述第二虚拟惯量控制器基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数，驱动所述第二虚拟惯量控制器将所述第二交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率。
6.一种异步互联的柔性直流虚拟惯量控制系统，其特征在于，包括控制处理器、第一交流系统、第二交流系统、整流侧变流器和逆变侧变流器，所述整流侧变流器包括整流侧锁相环PLL控制器、功率外环控制器和第一虚拟惯量控制器，所述逆变侧变流器包括逆变侧PLL控制器和第二虚拟惯量控制器；
所述第一虚拟惯量控制器，用于将所述整流侧PLL控制器所测得所述第一交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第一交流系统的频率变化率，基于所述第一交流系统的频率变化率，计算所述第一交流系统的虚拟惯量系数，将所述第一交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第一交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第一交流系统的附加功率；
所述第二虚拟惯量控制器，用于将所述逆变侧PLL控制器所测得所述第二交流系统的系统频率在时间上进行微分，得到所述第二交流系统的频率变化率，基于所述第二交流系统的频率变化率，计算所述第二交流系统的虚拟惯量系数，将所述第二交流系统的频率变化率与其虚拟惯量系数的乘积，加上所述第二交流系统的系统频率与其阻尼系数的乘积，得到所述第二交流系统的附加功率；
所述控制处理器，用于将所述第一交流系统的附加功率，减去所述第二交流系统的附加功率，得到目标附加功率，并将所述目标附加功率作为整流侧功率外环直流功率控制指令值，输入至所述功率外环控制器，以向所述第一交流系统和所述第二交流系统提供柔性直流惯量支撑。
7.根据权利要求6所述的异步互联的柔性直流虚拟惯量控制系统，其特征在于，所述整流侧变流器还包括整流侧电流内环控制器。
8.根据权利要求6或7所述的异步互联的柔性直流虚拟惯量控制系统，其特征在于，所述逆变侧变流器还包括逆变侧电流内环控制器和电压外环控制器。
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