CN116365576A - 变流器控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种变流器控制系统及方法，用于控制变流器模拟同步发电机。包括功率同步控制单元、交流电压参考向量计算单元和交流电压指令产生单元。所述功率同步控制单元，用于模拟同步发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；所述交流电压参考向量计算单元，采集内电势向量和交流电压向量，产生交流电压参考向量；所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令。本申请提供的变流器控制系统和方法在稳态和小扰动情况下不采用电流闭环控制能够减少振荡风险，在稳态和暂态下均模拟与同步发电机一致电网支撑特性，且能够实现变流器阻抗的主动调节，提高并网适应性。

Description

变流器控制系统及方法

技术领域

本申请涉及电力电子计术领域，具体而言，涉及一种变流器控制系统及方法。

背景技术

为了实现双碳目标，未来新型电力系统中新能源等非同步机电源将会在电网中占非常高的比重。但是目前我国的电力系统尚不能支撑大规模新能源电源的接入，主要原因是随着新能源发电渗透率的提高，电力电子变流器的低惯性、无阻尼等特点将对系统的稳定运行产生负面影响，给电网的稳定运行带来挑战。在未来新能源电源为主体的新型电力系统中，随着越来越多的“无”转动惯量的新能源大规模接入，将带来功角、电压、频率、宽频谐振等稳定性方面的问题。

电力电子变流器具有控制灵活的特点，但是在含大规模新能源电源弱系统中，对电力电子变流器提出系统支撑的要求。为了使电网具备支撑能力，需要避免采用锁相环并使电力电子变流器具有电压源特性，典型代表是采用幅相控制(间接电流控制)或功率同步控制(包括虚拟同步机控制等)的电压源变流器。

CN106786733B和CN106356884B提出不同形式的虚拟同步发电机的控制系统，但均采用电流内环实现变流器控制。CN107528495B中虚拟阻抗环节引入直接电流反馈以提高变流器的抗冲击能力。但是由于控制延时的存在，现有的虚拟同步发电机控制方法的直接电流反馈会馈入谐波分量，使变流器在部分频段呈现负阻，增加出现振荡的风险；但是不采用电流闭环控制又无法解决变流器过流能力有限的问题。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请旨在提出一种在稳态和小扰动情况下不采用电流闭环控制的保持电压源特性的变流器控制系统及方法，实现减少振荡的风险，在稳态和暂态下均模拟与同步发电机一致的电网支撑特性，实现变流器阻抗的主动调节，提高并网适应性。

根据本申请的一方面，提出一种变流器控制系统，用于控制变流器模拟同步发电机，所述变流器控制系统包括功率同步控制单元、交流电压参考向量计算单元和交流电压指令产生单元，其中：

所述功率同步控制单元，用于模拟同步发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；

所述交流电压参考向量计算单元，根据内电势向量和采集的交流电压向量，产生交流电压参考向量；

所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令；

所述内电势向量根据模拟的同步发电机特性确定。

根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,所述内电势向量E_dqpn以及所述交流电压向量Us_dqpn，计算所述交流电压参考向量Uc_dqpn：

Uc_dqpn＝E_dqpn+K_rv(Us_dqpn-E_dqpn)；

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述内电势向量E_dqpn、交流电压向量Us_dqpn、交流电压参考向量Uc_dqpn均为4维向量，对应正负序上的dq轴分量；

任一向量x_dqpn定义为：x_dqpn＝[x_dp,x_qp,x_dn,x_qn]^T，x_dp为正序d轴分量，x_qp为正序q轴分量，x_dn为负序d轴分量，x_qn为负序d轴分量。

根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,所述内电势向量E_αβpn以及所述交流电压向量Us_αβpn，计算所述交流电压参考向量Uc_αβpn：

Uc_αβpn＝E_αβpn+K_rv(Us_αβpn-E_αβpn)；

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述内电势向量E_αβpn、交流电压向量Us_αβpn、交流电压参考向量Uc_αβpn均为4维向量，对应正负序上的αβ轴分量；

任一向量x_αβpn定义为：X_αβpn＝[x_αp，x_βp，x_αn，x_βn]^T，x_αp为正序α轴分量，x_βp为正序β轴分量，x_αn为负序α轴分量，x_βn为负序β轴分量。

根据一些实施例，所述虚拟阻抗X_v用于模拟发电机的阻抗：

稳态运行时取值范围为0至1倍额定阻抗；

暂态运行时增大虚拟阻抗X_v，使内电势保持稳定。

根据一些实施例，还包括交流电压控制单元AVR,用于实现变流器并网点交流电压调节，输出内电势的正序d轴分量E_dp；其中，内电势的正序q轴分量E_qp，负序d轴分量E_dn和负序q轴分量E_qn为0。

根据一些实施例，还包括控制误差补偿单元，所述控制误差补偿单元配置为：

根据所述交流电压参考向量Uc_dqpn与实际变流器交流电压向量Uc_{dppn_m}的偏差，产生控制误差补偿量；

将所述控制误差补偿量与所述交流电压参考向量Uc_dqpn相加，作为变流器交流电压参考向量。

根据一些实施例，还包括故障限流单元，其中：

所述故障限流单元在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量，与所述交流电压参考向量Uc_dqpn叠加后作为所述变流器交流电压参考向量，控制交流电流幅值在最大交流电流幅值限值Imax，方向为滞后于所述虚拟阻抗X_v的电压降90度。

根据一些实施例，所述故障限流单元配置为在暂态过流时短时投入，所述短时投入的时间为1ms-1s。

根据一些实施例，所述控制系统用于直流输电变流器、储能变流器、微网变流器、光伏逆变器或风电变流器的至少一种。

根据本申请的另一方面，提出一种变流器控制方法，用于控制变流器模拟同步发电机，包括如前文中任一项所述的变流器控制系统：

所述功率同步控制单元模拟发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；

所述交流电压参考向量计算单元，根据内电势向量和采集的交流电压向量，根据发产生交流电压参考向量；

所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考值向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令；

所述内电势向量根据模拟的同步发电机特性确定。

根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,内电势E_dqpn以及交流电压向量Us_dqpn，计算交流电压参考值向量Uc_dqpn：

Uc_dqpn＝E_dqpn+K_rv(Us_dqpn-E_dqpn)

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述虚拟阻抗X_v用于模拟发电机的阻抗，稳态运行时取值范围为0至1倍额定阻抗；暂态运行时增大虚拟阻抗X_v，使内电势保持稳定。

根据一些实施例，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,所述内电势向量E_αβpn以及所述交流电压向量Us_αβpn，计算所述交流电压参考向量Uc_αβpn：

Uc_αβpn＝E_αβpn+K_rv(Us_αβpn-E_αβpn)；

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述内电势向量E_αβpn、交流电压向量Us_αβpn、交流电压参考向量Uc_αβpn均为4维向量，对应正负序上的αβ轴分量；

任一向量x_αβpn定义为：x_αβpn＝[x_αp，x_βp，x_αn，x_βn]^T，x_αp为正序α轴分量，x_βp为正序β轴分量，x_αn为负序α轴分量，x_βn为负序β轴分量。

根据一些实施例，还包括：

交流电压控制单元AVR实现变流器并网点交流电压调节，输出内电势的正序d轴分量E_dp；其中，内电势的正序q轴分量E_qp，负序d轴分量E_dn和负序q轴分量E_qn为0。

根据一些实施例，还包括控制误差补偿单元，所述控制误差补偿单元配置为：

控制误差补偿单元根据所述交流电压参考向量Uc_dqpn与实际变流器交流电压向量Uc_{dppn_m}的偏差，产生控制误差补偿量；

所述控制误差补偿量与所述交流电压参考向量Uc_dqpn相加，作为变流器交流电压参考向量。

根据一些实施例，还包括：

故障限流单元在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量，与所述交流电压参考向量Uc_dqpn叠加后作为所述变流器交流电压参考向量，控制交流电流幅值在最大交流电流幅值限值Imax，方向为滞后于所述虚拟阻抗X_v的电压降90度。

根据一些实施例，所述故障限流单元配置为在暂态过流时短时投入，所述短时投入的时间为1ms-1s。

根据本申请的另一方面，提出一种程序产品，包括如前文中任一项所述的变流器控制系统。

根据本申请的另一方面，提出一种电子设备，包括如前文所述的程序产品。

根据本申请的一些实施例的技术方案可具有以下有益效果中的一个或多个：

1、本申请提供的一种变流器控制系统及方法，在稳态和小扰动情况下不采用电流闭环控制，能够有效减少振荡的风险；

2、本申请提供的一种变流器控制系统及方法，能够模拟与同步发电机一致电网支撑特性；

3、本申请提供的一种变流器控制系统及方法，在不采用电流闭环控制的情况下，能够实现变流器虚拟阻抗的主动调节，提高并网适应性，在故障时可减小故障电流；

4、本申请提供的一种变流器控制系统及方法，在变流器过流能力满足时，不需要配置故障限流单元；在变流器过流能力小于故障电流时，故障过流后进入暂态运行，投入故障限流单元，避免变流器过流跳闸，能够适应不同能力的变流器。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，而不是对本申请的限制。

图1a示出本申请示例实施例的一种变流器控制系统框图；

图1b示出本申请示例实施例的一种变流器控制系统实现方法框图；

图2示出本申请示例实施例的一种变流器控制系统实现变流器控制的正序向量图；

图3a示出本申请示例实施例的一种交流电压控制单元AVR示意图；

图3b示出本申请示例实施例的一种交流电压控制单元AVR实现方法框图；

图4示出本申请示例的一种变流器控制系统框图的又一实施例；

图5示出本申请示例实施例的一种控制误差补偿单元框图；

图6示出本申请示例实施例的一种故障限流单元框图；

图7示出本申请示例实施例的一种变流器控制方法流程图；

图8a、图8b示出本申请示例实施例的变流器控制方法故障穿越效果图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

下面描述本申请的装置实施例，其可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，可参照本申请方法实施例。

图1a示出本申请示例实施例的一种变流器控制系统框图。

如图1a所示，变流器控制系统用于控制变流器模拟同步发电机，包括：功率同步控制单元1、交流电压参考向量计算单元2和交流电压指令产生单元3。功率同步控制单元1用于模拟发电机的调速器和机械惯性环节产生参考相位θ；交流电压参考向量计算单元2用于计算变流器的交流电压参考向量Uc_dqpn；交流电压指令产生单元3根据交流电压参考向量Uc_dqpn和参考相位θ产生三相交流电压控制指令Uc_abc。

图1b示出本申请示例实施例的一种变流器控制系统实现方法框图。

图1b为本发明提供的一种变流器控制系统详细实现方法。功率同步控制单元1采用如式(1)所示的发电机摇摆方程，实现发电机的调速器和机械惯性环节的模拟。其中ω为角速度，H为惯性时间常数，P_ref为有功指令，P_s为电磁有功功率，K_f为调速器的比例系数，Δω为角速度偏差量。

交流电压参考向量计算单元2根据比例系数K_rv,内电势向量E_dqpn以及采集的交流电压向量Us_dqpn，计算变流器的交流电压参考向量Uc_dqpn：

Uc_dqpn＝E_dqpn+K_rv(Us_dqpn-E_dqpn) (2)

其中比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述E_dqpn、Us_dqpn、Uc_dqpn均为4维向量，对应正负序上的dq轴分量，对于任一向量x有如下定义，x_dqpn＝[x_dp,x_qp,x_dn,x_qn]^T，其中x_dp为正序d轴分量，其中x_qp为正序q轴分量，其中x_dn为负序d轴分量，其中x_qn为负序d轴分量。

交流电压指令产生单元3交流电压参考向量Uc_dqpn中正负序分量根据参考相位θ得到合成的三相交流电压控制指令向量Uc_abc：

Uc_abc＝(Uc_dp+jUc_qp)e^jθ+(Uc_dn+jUc_qn)e^-jθ (4)

根据式(4)可得到三相交流电压控制指令为：

其中

图2示出本申请示例实施例的一种变流器控制系统实现变流器控制的正序向量图。

如图2所示，E_p＝E_dp+j0为内电势正序向量，Us_p＝Us_dp+jUs_qp为交流电压正序向量，Uc_p＝Uc_dp+jUc_qp为交流电压参考值正序向量，Is_p＝Is_dp+jIs_qn为交流电流正序向量，上述向量相对于参考相位θ。当处于电压源控制方式时，Is_p为流过虚拟阻抗X_v的电流，根据电感特性将滞后于电感两端的电压降Us_p-E_p角度90°，因此：

Us_p-E_p＝jX_vIs_p (7)

对于变流器的实际阻抗X_r,也满足电感特性：

Us_p-Uc_p＝jX_rIs_p (8)

由式(7)和(8)可见，消去Is_p，从而根据Us_p、E_p、X_v和X_r计算出Uc_p，即：

同样可得到负序向量的关系为：

其中，E_n＝0为内电势负序向量，Us_n＝Us_dn+jUs_qn为交流电压负序向量，Uc_n＝Uc_dn+jUc_qn为交流电压参考值负序向量，Is_n＝Is_dn+jIs_qn为交流电流负序向量，上述向量相对于参考相位θ。

由式(9)和(10)可得到式(2)。通过采用式(2)计算参考交流电压参考向量Uc_dqpn，避免采用交流电流信号，因此可以有效减少振荡风险，且由于向量图与同步发电机一致，因此能够模拟与同步发电机一致的电网支撑特性。

通过调节虚拟阻抗X_v可以实现模拟不同的发电机阻抗。稳态运行时，虚拟阻抗X_v取值范围为0至1倍额定阻抗，较优地可将虚拟阻抗X_v选取为等于实际阻抗X_r；故障等大扰动引起过流时，进入暂态运行状态，通过增大虚拟阻抗X_v使变流器使内电势保持稳定，即在Us_p或Us_n大幅变化时，通过增大虚拟阻抗X_v，使图2所示的向量关系或等效的负序向量关系满足模拟不同的发电机阻抗。

图3a示出本申请示例实施例的一种交流电压控制单元AVR示意图。

如图3a所示，提供一种交流电压控制单元AVR示意图，用于实现变流器并网点交流电压的调节，通过交流电压指令值U_ref与交流电压实际值U的偏差经过AVR单元31计算得到内电势的正序d轴分量E_dp。根据发电机特性，内电势的正序q轴分量E_dp,负序d轴分量E_dn、负序q轴分量E_qn均为0。

图3b示出本申请示例实施例的一种交流电压控制单元AVR实现方法框图。

图3b为本申请提供的一种AVR单元31详细实施例。交流电压指令值U_ref与交流电压实际值U的偏差乘以电压下垂系数K_U后得到无功调节量ΔQ，无功功率指令Q_ref与无功调节量ΔQ相加，并与变流器的无功功率Q_s相减后经过PI控制器得到交流电压调节量ΔE，交流电压调节量ΔE与额定交流电压E₀相加后得到内电势的正序d轴分量E_dp。

图4示出本申请示例的一种变流器控制系统框图的又一实施例。

如图4所示，变流器控制系统还包括控制误差补偿单元4和故障限流单元5。由于控制延时、电容电压波动等因素，实际变流器的输出电压与参考值向量Uc_dqpn间存在偏差，较优地，可增加控制误差补偿单元4来减小该偏差。根据交流电压参考向量Uc_dqpn与实际变流器交流电压向量的偏差，产生控制误差补偿量ΔUc_{dqpn_com}，与交流电压参考向量Uc_dqpn相加后作为变流器交流电压参考向量。

当变流器的过流能力受限时，较优地，可增加故障限流单元5，在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量ΔUc_{dqpn_ilim}，与原变流器交流电压参考向量叠加后作为变流器交流电压参考向量，实现交流电流幅值在最大交流电流幅值限值I_max附近,避免变流器过流跳闸；交流电压限制指令的幅值为I_max，方向为滞后于虚拟阻抗上的电压降90度。

图5示出本申请示例实施例的一种控制误差补偿单元框图。

如图5所示，控制误差补偿单元框图4应用于模块化多电平变流器的控制误差补偿，根据采集的三相下桥臂电压通过正负序分解和park变换后得到下桥臂正负序dq轴向量Vn_dqpn,根据采集的三相上桥臂电压通过正负序分解和park变换后得到上桥臂正负序dq轴向量Vp_dqpn，将Vn_dqpn减去Vp_dqpn后乘以0.5得到实际变流器交流电压向量Uc_{dqpn_m}，交流电压参考向量Uc_dqpn减去Uc_{dqpn_m}后，经过一阶惯性环节41后得到控制误差补偿量ΔUc_{dqpn_com}，该控制误差补偿量与交流电压参考向量Uc_dqpn相加后作为变流器交流电压参考向量，以减小交流电压参考向量Uc_dqpn与实际变流器交流电压向量Uc_{dqpn_m}的误差。

图6示出本申请示例实施例的一种故障限流单元框图。

如图6所示，为故障限流单元5的详细实施例。由于虚拟阻抗上的电压降为Us_dqpn-E_dqpn，交流电流限制指令Isref_dqpn的幅值为I_max,滞后于虚拟阻抗上的电压降90度，因此：

其中J为四维向量的滞后90算子，并满足：

交流电流限制指令Isref_dqpn与实际变流器交流电流Is_dqpn的偏差，经过PI控制器后得到故障限流控制量ΔUc_{dqpn_ilim}，与原变流器交流电压参考向量叠加后作为变流器交流电压参考向量，实现交流电流幅值在最大交流电流幅值限值I_max附近。该故障限流单元5可配置为仅在暂态过流时短时投入，短时投入的时间为1ms至1s。

图7示出本申请示例实施例的一种变流器控制方法流程图。

步骤701：由功率同步控制单元产生参考相位θ。

根据式(1)产生参考相位θ，并实现模拟发电机的调速器和机械惯性环节。

步骤702：由交流电压控制单元计算变流器的交流电压参考向量Uc_dqpn。

根据式(2)由比例系数K_rv,内电势E_dqpn以及采集的交流电压向量Us_dqpn，计算变流器的交流电压参考向量Uc_dqpn：

步骤703：由交流电压指令产生单元产生三相交流电压控制指令。

根据交流电压参考向量Uc_dqpn和参考相位θ，根据式(5)得到三相交流电压控制指令。

图8a、图8b示出本申请示例实施例的变流器控制方法故障穿越效果图。

图8a为采用图1a所示的控制系统的故障穿越效果，在稳态和故障暂态全过程未采用电流闭环控制，初始电流较大，通过增大虚拟阻抗,经过50ms左右,交流电流在最大交流电流幅值限值的1.2倍额定电流附近。因此可以完全模拟发电机特性，同时不引入电流闭环控制，但需要具备一定的对变流器短时过负荷的能力。

图8b为采用图4所示的控制系统的故障穿越效果，增加控制误差补偿单元；在故障暂态期间，暂时投入故障限流单元。在故障发生后能够快速将交流电流降低至最大交流电流幅值限值的1.2倍额定电流附近。由于故障限流单元的电流指令与发电机的电流一致，仍能较好地模拟发电机特性。

上述的实施例中采用dq轴分量表示向量，也可采用αβ分量表示向量，对应关系如下:

应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (18)

1.一种变流器控制系统，用于控制变流器模拟同步发电机，其特征在于，所述变流器控制系统包括功率同步控制单元、交流电压参考向量计算单元和交流电压指令产生单元，其中：

所述功率同步控制单元，用于模拟同步发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；

所述交流电压参考向量计算单元，根据内电势向量和采集的交流电压向量，并产生交流电压参考向量；

所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令；

所述内电势向量根据模拟的同步发电机特性确定。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,所述内电势向量E_dqpn以及所述交流电压向量Us_dqpn，计算所述交流电压参考向量Uc_dqpn：

Uc_dqpn＝E_dqpn+K_rv(Us_dqpn-E_dqpn)；

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述内电势向量E_dqpn、交流电压向量Us_dqpn、交流电压参考向量Uc_dqpn均为4维向量，对应正负序上的dq轴分量；

任一向量x_dqpn定义为：x_dqpn＝[x_dp,x_qp,x_dn,x_qn]^T，x_dp为正序d轴分量，x_qp为正序q轴分量，x_dn为负序d轴分量，x_qn为负序d轴分量。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,所述内电势向量E_αβpn以及所述交流电压向量Us_αβpn，计算所述交流电压参考向量Uc_αβpn：

Uc_αβpn＝E_αβpn+K_rv(Us_αβpn-E_αβpn)；

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述内电势向量E_αβpn、交流电压向量Us_αβpn、交流电压参考向量Uc_αβpn均为4维向量，对应正负序上的αβ轴分量；

任一向量x_αβpn定义为：x_αβpn＝[x_αp，x_βp，x_αn，x_βn]^T，x_αp为正序α轴分量，x_βp为正序β轴分量，x_αn为负序α轴分量，x_βn为负序β轴分量。

4.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述虚拟阻抗X_v用于模拟发电机的阻抗：

稳态运行时取值范围为0至1倍额定阻抗；

暂态运行时增大虚拟阻抗X_v，使内电势保持稳定。

5.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，还包括交流电压控制单元AVR，用于实现变流器并网点交流电压调节，输出内电势的正序d轴分量E_dp；其中，内电势的正序q轴分量E_qp，负序d轴分量E_dn和负序q轴分量E_qn为0。

6.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，还包括控制误差补偿单元，所述控制误差补偿单元配置为：

根据所述交流电压参考向量Uc_dqpn与实际变流器交流电压向量Uc_{dppn_m}的偏差，产生控制误差补偿量；

将所述控制误差补偿量与所述交流电压参考向量Uc_dqpn相加，作为变流器交流电压参考向量。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，还包括故障限流单元，其中：

所述故障限流单元在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量，与所述交流电压参考向量Uc_dqpn叠加后作为所述变流器交流电压参考向量，控制交流电流幅值在最大交流电流幅值限值Imax，方向为滞后于所述虚拟阻抗X_v的电压降90度。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述故障限流单元配置为在暂态过流时短时投入，所述短时投入的时间为1ms-1s。

9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统用于直流输电变流器、储能变流器、微网变流器、光伏逆变器或风电变流器的至少一种。

10.一种变流器控制方法，用于控制变流器模拟同步发电机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的变流器控制系统：

所述功率同步控制单元模拟发电机的调速器和机械惯性环节，产生参考相位；

所述交流电压参考向量计算单元，根据内电势向量和采集的交流电压向量，根据发产生交流电压参考向量；

所述交流电压指令产生单元，根据所述交流电压参考值向量和所述参考相位产生三相交流电压控制指令；

所述内电势向量根据模拟的同步发电机特性确定。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv,内电势E_dqpn以及交流电压向量Us_dqpn，计算交流电压参考值向量Uc_dqpn：

Uc_dqpn＝E_dqpn+K_rv(Us_dqpn-E_dqpn)

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述虚拟阻抗X_v用于模拟发电机的阻抗，稳态运行时取值范围为0至1倍额定阻抗；暂态运行时增大虚拟阻抗X_v，使内电势保持稳定。

12.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述交流电压参考向量计算单元配置为：

根据比例系数K_rv，所述内电势向量E_αβpn以及所述交流电压向量Us_αβpn，计算所述交流电压参考向量Uc_αβpn：

Uc_αβpn＝E_αβpn+K_rv(Us_αβpn-E_αβpn)；

所述比例系数K_rv根据变流器的虚拟阻抗X_v和变流器实际阻抗X_r确定：

所述内电势向量E_αβpn、交流电压向量Us_αβpn、交流电压参考向量Uc_αβpn均为4维向量，对应正负序上的αβ轴分量；

任一向量x_αβpn定义为：x_αβpn＝[x_αp，x_βp，x_αn，x_βn]^T，x_αp为正序α轴分量，x_βp为正序β轴分量，x_αn为负序α轴分量，x_βn为负序β轴分量。

13.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，还包括：

交流电压控制单元AVR实现变流器并网点交流电压调节，输出内电势的正序d轴分量E_dp；其中，内电势的正序q轴分量E_qp，负序d轴分量E_dn和负序q轴分量E_qn为0。

14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，还包括控制误差补偿单元，所述控制误差补偿单元配置为：

控制误差补偿单元根据所述交流电压参考向量Uc_dqpn与实际变流器交流电压向量Uc_{dppn_m}的偏差，产生控制误差补偿量；

将所述控制误差补偿量与所述交流电压参考向量Uc_dqpn相加，作为变流器交流电压参考向量。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，还包括：

故障限流单元在暂态过流时投入，根据交流电流限制指令与实际变流器交流电流的偏差，产生故障限流控制量，与所述交流电压参考向量Uc_dqpn叠加后作为所述变流器交流电压参考向量，控制交流电流幅值在最大交流电流幅值限值Imax，方向为滞后于所述虚拟阻抗X_v的电压降90度。

16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述故障限流单元配置为在暂态过流时短时投入，所述短时投入的时间为1ms-1s。

17.一种程序产品，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的变流器控制系统。

18.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求17所述的程序产品。

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