CN116960990B - 抑制电力系统宽频振荡的方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种抑制电力系统宽频振荡的方法、装置、系统及存储介质,涉及电力系统技术领域。本申请基于电力电子控制器的实际输出参数与期望输出参数的差异(如电压差)在线识别宽频振荡的振荡频率以及振荡幅度,并基于振荡频率以及振荡幅度实时调整目标振荡抑制元件(如有源阻尼)的元件参数(如传递函数),以使目标振荡抑制元件能够自适应抑制宽频振荡,从而使在系统参数存在不确定性时依然可以实现较好的抑制效果,降低宽频振荡抑制方法对系统模型精确度的要求。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域,具体涉及一种抑制电力系统宽频振荡的方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
新能源正在逐步替代传统化石燃料成为未来能源的重要组成部分。为实现能源的高效配置,柔性直流、能量路由器等柔性互联装备大量接入电网。含高比例电力电子设备和新能源接入的交直流电网——“双高”电力系统将成为未来电网架构的基本形态。
在“双高”电力系统中,电力电子装备是实现新能源、储能并网及电网柔性互联的核心装备,能通过控制电流和电压的变化来实现电能的转换和调节,具有多时间尺度特征,受扰后易激发几Hz到数千Hz范围内的宽频振荡。宽频振荡可能会损坏电力设备,导致柔性直流系统闭锁、储能和新能源机组停运、脱网等,严重影响设备安全和威胁系统稳定运行,成为制约新能源高效消纳的重要因素。
由此,如何抑制电力系统中的宽频振荡,提高基于电力电子设备的电子系统的系统稳定性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例提供了一种抑制宽频振荡的方法、装置、系统及存储介质,通过对宽频振荡的在线识别与自适应调整实现对宽频振荡的抑制。
第一方面,本申请提供一种抑制电力系统宽频振荡的方法。该方法应用于电力电子变流器,具体包括:确定电力电子变流器的实际输出参数,其中,电力电子变流器的输出参数包括电流参数、电压参数以及功率参数中的一种或多种组合。基于实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器,其中,目标振荡抑制元件的元件参数基于振荡频率以及振荡幅值自适应调整。基于目标振荡抑制元件控制电力电子变流器,以调整实际输出参数。
优选地,基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器的步骤包括:基于振荡频率以及振荡幅值实时确定目标振荡抑制元件的传递函数,其中,传递函数随实际输出参数的变化而更新。基于传递函数配置目标振荡抑制元件,并使目标振荡抑制元件载入电力电子变流器。
优选地,基于振荡频率以及振荡幅值确定目标振荡抑制元件的传递函数的步骤包括:基于振荡幅值确定目标振荡抑制元件的增益系数。基于振荡频率确定目标振荡抑制元件的带通范围。
基于增益系数以及带通范围确定目标振荡抑制元件的传递函数。
优选地,基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器的步骤包括:基于振荡频率确定待抑制宽频振荡的振荡类型,其中,振荡类型与振荡频率的频率范围有关。基于振荡类型从宽频振荡抑制模块确定目标振荡抑制元件,其中,宽频振荡抑制模块包括多个振荡抑制元件,目标振荡抑制元件包括至少一个振荡抑制元件。
优选地,宽频振荡抑制模块还包括连接在多个振荡抑制元件与电力电子变流器的控制回路之间的多个载入控制开关,基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器的步骤包括:将目标振荡抑制元件对应的目标载入控制开关置于闭合状态,以使目标振荡抑制元件载入电力电子变流器。
优选地,振荡类型包括高频振荡、中频振荡以及低频振荡,目标振荡抑制元件包括有源阻尼控制器、虚拟导纳控制器、锁相环以及电压前馈控制器中的一种或多种组合。
优选地,电力电子变流器还包括比例积分控制器,比例积分控制器以及目标振荡抑制元件形成电压控制外环以及电流控制内环。其中,电压控制外环用于基于电压参数或电压参数与功率参数确定电流参数的参考值,电流控制内环用于基于电流参数的参考值确定电力电子变流器的控制指令,虚拟导纳控制器用于载入电压控制外环,有源阻尼控制器以及电压前馈控制器用于载入电流控制内环。
优选地,基于振荡类型从宽频振荡抑制模块确定目标振荡抑制元件的步骤包括:当振荡类型为低频振荡,将锁相环作为目标振荡抑制元件,其中,锁相环的相关参数被实时调节以抑制低频振荡。当振荡类型为中频振荡,将有源阻尼控制器、电压前馈控制器以及虚拟导纳控制器中的一种或多种组合作为目标振荡抑制元件。当振荡类型为高频振荡,将有源阻尼控制器和/或电压前馈控制器作为目标振荡抑制元件。
优选地,有源阻尼控制器的传递函数基于以下公式确定:
。
其中,kc为有源阻尼控制器的增益系数,ωc1为有源阻尼控制器的带通滤波器的角频率下限值,ωc2为有源阻尼控制器的带通滤波器的角频率上限值。
优选地,电压前馈控制器的传递函数基于以下公式确定:
。
其中,Hf(s)为电压前馈控制器的传递函数,kf为电压前馈控制器的增益系数,ωf0为电压前馈控制器的带通滤波器的中心角频率,Qf为电压前馈带通滤波器品质因数。
优选地,虚拟导纳控制器的传递函数基于以下公式确定:
。
其中,ky为虚拟导纳控制器的增益系数,ωy1为虚拟导纳控制器的带通滤波器的角频率下限值,ωy2为虚拟导纳控制器的带通滤波器的角频率上限值。
优选地,基于目标振荡抑制元件控制电力电子变流器,以调整实际输出参数的步骤包括:在电压控制外环中,基于实际电压参数、期望电压参数、实际无功功率、期望无功功率以及目标振荡抑制元件确定电流参数的有功电流参考值。在电流控制内环中,基于实际电流参数、有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及目标振荡抑制元件确定直轴调整电压以及交轴调整电压,以使电力电子变流器基于直轴调整电压以及交轴调整电压调整实际电压参数。
优选地,在电流控制内环中,基于实际电流参数、有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及目标振荡抑制元件确定直轴调整电压以及交轴调整电压的步骤包括:确定实际电流参数中的电容电流直轴分量、电容电流交轴分量、输出电流中的实际有功电流以及实际无功电流。基于实际有功电流、实际无功电流、有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及电流控制器确定有功电流调节量以及无功电流调节量。基于有功电流调节量、电容电流交轴分量、电力电子变流器的电感值以及目标振荡抑制元件确定直轴调整电压。基于无功电流调节量、电容电流直轴分量、电感值以及目标振荡抑制元件确定交轴调整电压。
优选地,直轴调整电压基于如下公式确定:
。
其中,ed为直轴调整电压,md为有功电流调节量,Kpi为电流控制器的比例增益,Kii为电流控制器的积分增益,igdref为有功电流参考值的直轴分量,igd为实际有功电流,id为电容电流直轴分量,Hc(s)为有源阻尼控制器的传递函数,vsd为输出电压的直轴分量,Hf(s)为电压前馈控制器的传递函数,Sf为电压前馈控制器对应的载入控制开关的开关状态,Sc为有源阻尼控制器对应的载入控制开关的开关状态、L为电感值,ω为角频率。
交轴调整电压基于如下公式确定:
。
其中,eq为交轴调整电压,mq为无功电流调节量,igqref为有功电流参考值的交轴分量,igq为实际无功电流,iq为电容电流交轴分量,vsq为输出电压的交轴分量。
优选地,在电压控制外环中,基于实际电压参数、期望电压参数、实际无功功率、期望无功功率以及目标振荡抑制元件确定电流参数的有功电流参考值的步骤包括:确定直流供电电压与直流供电电压的指令值的电压差以及实际无功功率与期望无功功率的功率差。基于第一控制器对电压差进行控制,并基于电压差的控制结果与目标振荡抑制元件的输出确定有功电流参考值的直轴分量。基于第二电压控制器对功率差进行控制,并基于功率差的控制结果与目标振荡抑制元件的输出确定有功电流参考值的交轴分量。
优选地,有功电流参考值的直轴分量基于如下公式确定:
。
其中,VDC为直流供电电压,VDCref为直流供电电压的指令值,Hvd(s)为第一控制器的传递函数,Hy(s)为虚拟导纳控制器的传递函数,Sy为虚拟导纳控制器对应的载入控制开关的开关状态。
有功电流参考值的交轴分量基于如下公式确定:
。
其中,Qref为期望无功功率,Q为实际无功功率,Hvq(s)为第二控制器的传递函数。
优选地,方法还包括:确定实际输出参数的调整结果。响应于调整结果不满足预设要求,基于调整结果确定目标振荡抑制元件的调整策略,其中,调整策略包括调整目标振荡抑制元件的参数和/或更改目标振荡抑制元件。基于调整策略调整目标振荡抑制元件并重新检测调整结果。
优选地,确定电力电子变流器的实际输出参数的步骤包括:基于实际输出参数的时序数据采用插值快速傅里叶变换算法实时确定实际输出参数的频域函数。基于实际输出参数的频域函数确定实际输出参数的频率分布情况。其中,频率分布情况包括多个振荡频段的振荡分量以及该振荡分量的振荡频率与振荡幅值。
优选地,基于实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值的步骤包括:基于期望输出参数从频率分布情况中识别待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。
第二方面,本申请提供一种抑制电力系统宽频振荡的装置,装置包括:输出检测模块,用于确定电力电子变流器的实际输出参数,其中,电力电子变流器的输出参数包括电流参数、电压参数以及功率参数中的一种或多种组合。振荡分析模块,用于基于实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。自适应抑制模块,用于基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器,其中,目标振荡抑制元件的元件参数基于振荡频率以及振荡幅值自适应调整。参数配置模块,用于基于目标振荡抑制元件控制电力电子变流器,以调整实际输出参数。
第三方面,本申请提供一种抑制电力系统宽频振荡的系统,系统包括:电力电子变流器以及处理器。处理器用于控制电力电子变流器执行第一方面所述的抑制电力系统宽频振荡的方法,以抑制宽频振荡。
第四方面,本申请提供一种计算机可读存储介质,存储介质存储有计算机程序,计算机程序用于执行第一方面所述的抑制电力系统宽频振荡的方法。
本申请基于电力电子控制器的实际输出参数与期望输出参数的差异(如电压差)在线识别宽频振荡的振荡频率以及振荡幅度,并基于振荡频率以及振荡幅度实时调整目标振荡抑制元件(如有源阻尼)的元件参数(如传递函数),以使目标振荡抑制元件能够自适应抑制宽频振荡,从而使在系统参数存在不确定性时依然可以实现较好的抑制效果,降低宽频振荡抑制方法对系统模型精确度的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本申请一些实施例提供的基于电力电子变流器的电力系统的应用场景示意图。
图2是本申请一些实施例提供的一种电力系统宽频振荡抑制方法的示例性流程图。
图3是本申请一些实施例提供的一种目标振荡抑制元件载入方法的示例性流程图。
图4是本申请一些实施例提供的一种电力电子变流器内控制回路的结构示意图。
图5是本申请一些实施例提供的一种调整参数确定方法的示例性流程图。
图6是本申请一些实施例提供的一种调整结果评估方法的示例性流程图。
图7是本申请一些实施例提供的一种宽频振荡在线识别方法的示例性流程图。
图8是本申请一些实施例提供的一种宽频振荡抑制系统的结构示意图。
图9是本申请一些实施例提供的宽频抑制方法仿真验证过程中的参数示意图。
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。
申请概述
电力电子变流器(又称换流器)是一种基于功率半导体器件(如晶闸管、功率MOSFET、IGBT等)与常规电学元件(如电容、电感和相关控制电路等)构建的电能转化装置。电力电子变流器可以将电能从一种形式转换为另一种形式。例如,电力电子变流器能将直流电转化为三相交流电。
在“双高”电力系统中,电力电子变流器一般与新能源电力设备(如风能电力设备、太阳能电力设备)连接,将新能源电力设备生成的电能转化为电网要求的形式。例如,可以将新能源电力设备释放的直流电转化为三相交流电。
为进一步说明电力电子变流器的电能转化过程,本申请展示了以直流电转化为三相交流电为例提供了一种基于电力电子变流器的电力系统(图1)。即图1是本申请一些实施例提供的基于电力电子变流器的电力系统的应用场景示意图。
如图1所示,在电力系统100中可以包括依次连接的电力设备110、电力电子变流器120、供电网络130以及用电终端140。
在电力系统100实际工作过程中,电力设备110可以生成并向外释放电能,电力电子变流器120将电力设备110释放的电能转化为供电网络130需要的形式,并载入对应的供电网络130,以使用电终端140作为供电网络130负载而使用电能。例如,电力设备110可以基于可再生能源(如风能)发电,并以直流的形式传输到电力电子变流器120,电力电子变流器120再将该电能转化为三相交流电并入供电网络130。
在上述过程中,电力设备110的直流供电电压可以记作VDC,电力电子变流器120直接输出的三相输出电流可以记作ig(a,b,c)、(ig(a,b,c)可以反映电流iga、igb以及igc),电力电子变流器120在等效电容支路的三相电容电流可以记作i(a,b,c),电力电子变流器120并入供电网络130的电流可以记作is(a,b,c),并入供电网络130的实际并网电压可以记作vs(a,b,c),供电网络130需要的期望电压可以记作vref(a,b,c)。电力电子变流器120可以通过调整内部参数使vs(a,b,c)与vref(a,b,c)一致,从而使电力设备110释放的电能能并入供电网络130。
需要说明的是,本申请并不限定前述电力系统100的组成情况,其内部结构可以根据实际需要调整。例如,在电力系统100中电力设备110可以有多个。再例如,电力系统100可以省略供电网络130,以使电力设备110直接基于电力电子变流器120为用电终端140供电。
在上述电力系统100的实际应用中,电力设备110一般采用柔性直流载入方式与电力电子变流器120以及供电网络130连接。例如,对于海上风电设备,可以采用海缆连接到的海上柔性直流变流站,从而接入供电网络。
在电力设备110的电能并入供电网络130的过程中,电力设备110(如电力设备110的导电线缆)与换流器之间的阻抗匹配可能引起谐振,使交流电压振荡,导致电力设备110无法载入供电网络130。此外,当电力设备110发生变化(如电力设备110的规模、线缆数量发生变化)时,也可能也将在较宽的频率范围内引发振荡。
前述在较宽的频率范围内引发的振荡一般记作宽频振荡(或宽频谐振)。宽频振荡可能会损坏电力设备,导致新能源发电机组停运、脱网等,严重影响设备安全和威胁系统稳定运行,成为制约新能源高效消纳的重要因素。
相关技术中,应对电力电子变流器器宽频振荡主要有两类方案:
第一、改主电路参数,即可以通过更改电力电子变流器主电路滤波电容、电感大小以改变电力电子变流路的阻抗特性。
第二、阻抗重塑控制。其中,考虑到闭环运行下电力电子变流器阻抗特性由控制环路和电路参数共同决定。由此,可以通过合理设计控制器使其呈现正阻尼特性从而避免系统谐振。
上述技术方案在实际应用中存在如下技术问题:
对于第一种技术方案:第一种技术方案中抑制的宽频振荡大多仅能电力电子变流器抑制中频或高频的谐振,无法低频振荡。此外,为了实现较好的抑制效果通常需要增大电感,对于大功率的应用场合则需要大通流电感,往往会显著增加硬件成本,不利于商业化大规模实用。
对于第二种技术方案:第二种技术方案中阻抗重塑策略可分为有源阻尼和无源阻尼策略。其中,无源阻尼策略一般通过与桥臂电感串联电阻实现,会额外增加系统损耗。而对于有源阻尼控制,现有阻抗重塑方法大都基于精确已知的系统模型进而推算出可能得谐振频率,并确定相应的阻尼控制器参数进行抑制。实际上,精确的系统模型通常难以获取,另外考虑到实际应用中的不确定性、系统间的相互影响,系统的振荡频率往往存在偏移,因此这种参数固定的阻尼控制器可能难以取得较好的振荡抑制效果。
基于上述技术问题,本申请认识到受限于电力电子变流器自身参数的复杂性以及系统的不确定性,前述技术问题的核心控制难点在于如何快速辨识电力电子变流器的宽频振荡,并根据可能的谐振频率偏移进行自适应地阻抗重塑使其呈现正阻尼特性从而达到良好的振荡抑制效果。
基于上述核心控制难点,本申请基于电力电子控制器的实际输出参数与期望输出参数的差异(如电压差)在线识别宽频振荡的振荡频率以及振荡幅度,并基于振荡频率以及振荡幅度实时调整目标振荡抑制元件(如有源阻尼)的传递函数,以使目标振荡抑制元件能够自适应抑制宽频振荡,从而使在系统参数存在不确定性时依然可以实现较好的抑制效果,降低宽频振荡抑制方法对系统模型精确度的要求。下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性宽频振荡抑制方法
图2是本申请一些实施例提供的宽频振荡抑制方法的示例性流程图。其中,图2所示的流程P200可以由电力电子变流器(如电力电子变流器120、宽频振荡抑制装置840)执行。
如图2所示,P200可以包括如下步骤:
S210、确定电力电子变流器的实际输出参数。在一些实施例中,S210可以由输出检测模块841执行。
S220、基于实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。一些实施例中,S220可以由振荡分析模块842执行。
S230、基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器。一些实施例中,S230可以由自适应抑制模块843执行。
S240、基于目标振荡抑制元件控制电力电子变流器,以调整实际输出参数。一些实施例中,S240可以由参数配置模块844执行。
输出参数可以反映电力电子变流器的电能转化情况。输出参数可以分为实际输出参数以及期望输出参数。其中,实际输出参数可以指对电力电子变流器进行检测而得到的电能转化的实际情况。期望输出参数可以指电力电子变流器电能转化情况的期望值。例如,实际输出参数可以包括电力电子变流器经实际检测得到的直流供电电压值、三相输出电流值、三相电容电流值、实际并网电压值等。则对应的期望输出参数可以包括直流供电电压的指令值、三相输出电流的期望值、三相电容电流的期望值、并网电压要求值。
输出参数具体可以包括电流参数、电压参数以及功率参数中的一种或多种组合。其中,电流参数一般可以包括电容电流、有功电流(输出电流的有功部分)、无功电流(输出电流的无功部分)等。电压参数一般可以包括输出电压以及直流供电电压等。功率参数一般可以包括有功功率(输出功率的有功部分)、无功功率(输出功率的无功部分)等。
待抑制宽频振荡可以指电力电子变流器引发的宽频振荡。考虑到电力电子变流器一般用于将直流电转化为交流电,则待抑制宽频振荡可以具体为电力电子变流器输出频谱中除有效振荡外的其他振荡的集合。其中,有效振荡可以指交流电自身形成的周期性振荡。如50Hz电压振荡。
待抑制宽频振荡的振荡频率可以指待抑制宽频振荡在频域中的所在频率(如中心频率、频率范围等),振荡幅值可以指待抑制宽频振荡的有效幅值(如电压幅值、电流幅值等)。
目标振荡抑制元件可以指用于抑制宽频的振荡的电学元件集合。例如,目标振荡抑制元件可以为有源阻尼控制器。当有源阻尼控制器载入电力电子变流器时,容性电流可以通过有源阻尼控制器对电压调节量进行修正,从而抑制宽频振荡。
目标振荡抑制元件的元件参数可以指影响目标振荡抑制元件对宽频振荡抑制效果的相关参数。对于常见的目标振荡抑制元件,其元件参数可以为该目标振荡抑制元件的传递函数。其中,传递函数可以指目标振荡抑制元件在频域的响应函数。目标振荡抑制元件的传递函数一般可以表征为控制函数与带通滤波函数的组合。控制函数可以反应目标振荡抑制元件的增益情况,带通滤波函数可以反映目标振荡抑制元件的作用波段。例如,有源阻尼控制器在频域可以表征为一个超前滞后控制环节,则其传递函数为该超前滞后控制环节的响应函数。
在一些实施例中,目标振荡抑制元件的元件参数还可以包括目标振荡抑制元件的内部参数。例如,对于锁相环,其对于宽频振荡的抑制一般基于锁相环的内部参数实现。其中,在调整元件参数时,一般基于预设参数表对锁相环的内部参数进行调整。
在一些实施例中,前述S210可以通过传感器检测而实现。例如,电力电子变流器内置或额外配置有参数传感器,以实时检测电力电子变流器的实际输出参数。
在一些实施例中,前述S210所确定的实际输出参数可以是相关参数的频域表征。此时,可以先确定实际输出参数的时序数据,再基于预设算法(如差值快速傅里叶变化算法)确定际输出参数的频域函数。
在一些实施例中,当电力电子变流器用于转换为三相电路时,输出参数可以通过直轴(d轴)与交轴(q轴)解耦。其中,输出参数的直轴分量可以表征相关参数的有功数据,交轴分量可以表征相关参数的无功数据。基于直轴与交轴对三相数据的数据转化可以基于相关算法(如Park算法)执行。
例如,可以基于Park变化将三相电容电流i(a,b,c)转化为电容电流直轴分量id和电容电流交轴分量iq,计算过程如下:
。
同理,可以将三相输出电流ig(a,b,c)转化为有功电流(输出电流直轴分量)igd和无功电流(输出电流交轴分量)igq,计算过程如下:
。
本申请中其他三相参数(如三相输出电压)可以参见类似过程进行转化,本申请对此不做赘述。
在一些实施例中,前述S220可以基于频谱分析确定。例如,可以将实际输出参数的频域函数减去期望输出参数的频域函数以得到差值频域函数(如输出电压差的频域函数),并基于差值频域函数识别待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。再例如,可以对实际输出参数的频域函数进行频谱分析,确定与期望输出频谱不一样的振荡分量作为待抑制宽频振荡。关于频率分布情况的更多内容可以参见图7及其相关描述。
在一些实施例中,前述S230可以基于目标振荡抑制元件的控制策略确定目标振荡抑制元件的传递函数而实现。即可以基于振荡频率以及振荡幅值采用目标振荡抑制元件对应的控制策略确定目标振荡抑制元件的传递函数,以将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器。其中,目标振荡抑制元件的传递函数可以基于振荡频率以及振荡幅值实时调整,从而实现目标振荡抑制元件基于实时宽频振荡的自适应调整。
在一些实施例中,目标振荡抑制元件一般内置与入电力电子变流器中。将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器可以理解为将目标振荡抑制元件引入电力电子变流器的内部控制回路。例如,可以通过控制目标振荡抑制元件本身的工作状态控制其是否载入电力电子变流器。再例如,可以通过控制目标振荡抑制元件与控制回路之间的开关(如载入控制开关)控制其是否载入电力电子变流器,关于载入控制开关及其控制回路的更多内容可以参见图5及其相关描述。
在一些实施例中,在执行前述S230时,可以先确定目标振荡抑制元件,并在确定目标振荡抑制元件后,可以将其载入电力电子变流器。例如,可以基于振荡频率选择合适的振荡抑制元件作为目标振荡抑制元件。关于目标振荡抑制元件的选取的更多内容可以参见图3及其相关描述。
在一些实施例中,在执行前述S230时可以先基于振荡频率以及振荡幅值实时确定目标振荡抑制元件的传递函数。再基于传递函数配置目标振荡抑制元件,以使配置后的目标振荡抑制元件载入电力电子变流器。其中,传递函数随实际输出参数的变化而更新。
在一些实施例中,承前述,可以将目标振荡抑制元件的传递函数等效为控制函数与带通滤波函数的组合。则可以通过确定控制函数的参数(即增益系数)与带通滤波函数的参数(带通范围),确定目标振荡抑制元件的传递函数。即在确定目标振荡抑制元件的传递函数时,可以先基于振荡幅值确定目标振荡抑制元件的增益系数。再基于振荡频率确定目标振荡抑制元件的带通范围。最后,基于增益系数以及带通范围确定目标振荡抑制元件的传递函数。其中,增益系数一般反映目标振荡抑制元件的对振荡的抑制能力,与待抑制宽频振荡的振荡幅值有关。带通单位一般反映目标振荡抑制元件的作用范围,与待抑制宽频振荡的振荡频率有关。
在一些实施例中,前述S240可以通过载入目标振荡抑制元件的控制回路对输出参数的控制而实现。其中,电力电子变流器可以内置控制回路,以实现对电能转化后输出参数的控制。当目标振荡抑制元件载入控制回路后,目标振荡抑制元件可以与对应的参数产生输出参数补偿值并叠加在控制回路产生的输出参数调整中,从而实现对宽频振荡的抑制。此外,当基于传递函数实时配置目标振荡抑制元件时,电力电子变流器中控制回路可以实现对宽频振荡的自适应控制。
基于上述宽频振荡抑制方法,基于电力电子控制器的实际输出参数与期望输出参数的差异(如电压差)在线识别宽频振荡的振荡频率以及振荡幅度,并基于振荡频率以及振荡幅度实时调整目标振荡抑制元件(如有源阻尼)的传递函数,以使目标振荡抑制元件能够自适应抑制宽频振荡,从而使在系统参数存在不确定性时依然可以实现较好的抑制效果,降低宽频振荡抑制方法对系统模型精确度的要求。
在一些实施例中,当基于目标振荡抑制元件抑制宽频振荡后,可以对宽频振荡的抑制效果进行评估,以确定是否消除宽频振荡。即如图2所示,P200还可以包括:
S250、评估实际输出参数的调整结果。在一些实施例中,S250可以由抑制效果评估模块845执行。
在一些实施例中,对调整结果的评估可以通过检测调整后的输出参数是否满足预设要求(如调整后的实际输出参数是否满足期望输出参数)实现。其中,当不满足预设要求时,可以调整目标振荡抑制元件。当满足预设要求时,可以继续基于目标振荡抑制元件进行宽频振荡抑制。关于评估调整结果的更多内容可以参见图6及其相关描述。
示例性目标振荡抑制元件载入方法
图3是本申请一些实施例提供的一种目标振荡抑制元件载入方法的示例性流程图。其中,图3所示的流程P300可以由自适应抑制模块843执行。
如图3所示,P300可以包括如下步骤:
S310、基于振荡频率确定待抑制宽频振荡的振荡类型。其中,振荡类型可以是基于振荡频率对待抑制宽频振荡(或其分量)的分类,振荡类型与频率范围有关。
S320、基于振荡类型从宽频振荡抑制模块确定目标振荡抑制元件。其中,宽频振荡抑制模块可以是电力电子变流器中振荡抑制元件的集合,即宽频振荡抑制模块包括多个振荡抑制元件。目标振荡抑制元件可以指宽频振荡抑制模块中被选中用于抑制宽频振荡的振荡抑制元件,即目标振荡抑制元件包括至少一个振荡抑制元件。
在一些实施例中,前述S310可以通过识别待抑制宽频振荡的频率范围而实现。其中,待抑制宽频振荡的频率范围可以根据需要划分。在实际应用时,待抑制宽频振荡一般划分为低频、中频、高频三类。即待抑制宽频振荡的振荡类型一般可以包括低频振荡、中频振荡与高频振荡。
在一些实施例中,可以基于待抑制宽频振荡的频率范围对待抑制宽频振荡进行整体分类,即确定待抑制宽频振荡的整体振荡类型。在一些实施例中,当待抑制宽频振荡的频率分量较多时,可以对各个频率分量的振荡类型进行识别,确定待抑制宽频振荡的复合振荡类型。
在一些实施例中,前述S320可以基于各类振荡抑制元件的作用频段执行。即可以基于振荡类型调用对应的振荡抑制元件(或其组合)作为目标振荡抑制元件。
在一些实施例中,宽频振荡抑制模块中的振荡抑制元件一般可以包括有源阻尼控制器、虚拟导纳控制器、锁相环以及电压前馈控制器。目标振荡抑制元件可以基于振荡类型包括有源阻尼控制器、虚拟导纳控制器、锁相环以及电压前馈控制器中的一种或多种组合。
在一些实施例中,基于上述振荡抑制元件,当振荡类型为低频振荡,将锁相环作为目标振荡抑制元件。当振荡类型为中频振荡,将有源阻尼控制器、电压前馈控制器以及虚拟导纳控制器中的一种或多种组合作为目标振荡抑制元件。当振荡类型为高频振荡,将有源阻尼控制器和/或电压前馈控制器作为目标振荡抑制元件。其中,当锁相环作为目标标振荡抑制元件是,可以通过实时调整锁相环的相关参数以抑制所述低频振荡。例如,可以通过锁相环(PLL)参数表在线修正锁相环参数,从而消除振荡。其他振荡抑制元件的抑制原理可以参见后续图4、5及其相关描述。
在一些实施例中,当执行前述S310、S320后可以参见前述内容根据选中的目标宽频振荡抑制模块确定对应的传递函数并载入电力电子变流器,以实现对宽频振荡的抑制。
在一些实施例中,考虑到前述待抑制宽频振荡可以包括多个不同类型的频率分量,则可以基于各个频率分量确定目标振荡抑制元件的传递函数,以使目标振荡抑制元件在整体上实现对多频率分量待抑制宽频振荡的抑制。即如图3所示,P300还可以包括:
S330、基于振荡频率以及振荡幅值确定目标振荡抑制元件的传递函数,以使作为目标振荡抑制元件的各个振荡抑制元件在对应振荡频率下的抑制幅值分量之和等于振荡幅值。
在一些实施例中,前述S330可以预设顺序依次确定各个振荡抑制元件的传递函数,从而在传递函数确定完成后,基于各个振荡抑制元件的传递函数进行拟合,从而使作为目标各个振荡抑制元件在对应振荡频率下的抑制幅值分量之和等于振荡幅值,从而实现多频率分量待抑制宽频振荡的抑制。
在一些实施例中,宽频振荡抑制模块还包括连接在多个振荡抑制元件与电力电子变流器的控制回路之间的多个载入控制开关。即当振荡抑制元件对应的载入控制开关处于闭合状态时,振荡抑制元件可以载入电力电子变流器的控制回路。
由此,如图3所示,P300还可以包括:
S340、将目标振荡抑制元件对应的目标载入控制开关置于闭合状态,以使目标振荡抑制元件载入电力电子变流器。
在一些实施例中,前述S340可以通过改变各个载入控制开关的状态而实现。即当载入控制开关处于闭合状态时,该载入控制开关对应的振荡抑制元件作为目标振荡抑制元件接入控制回路。其中,载入控制开关一般为电控开关,其状态包括断开状态与闭合状态。载入控制开关的频域响应在断开状态可以为0,在闭合状态时可以为1,以方便描述振荡抑制元件对控制回路的影响。
基于上述目标振荡抑制元件载入方法,可以通过对待抑制宽频振荡的振荡类型的识别自适应地采用合适的振荡抑制元件(或其组合)作为宽频振荡抑制策略,提高了对宽频振荡的抑制能力与抑制精度。此外,不同类型的振荡抑制元件可以通过对应的载入控制开关实现是否载入控制回路,简化了电力电子变流器的内部控制。
示例性控制回路及其控制方法
为进一步论述如何实现对宽频振荡的抑制,本申请还提供基于内外环控制策略的控制回路示例图(图4)及其实际控制方法(图5)。即图4是本申请一些实施例提供的一种电力电子变流器内控制回路的结构示意图。图5是本申请一些实施例提供的一种调整参数确定方法的示例性流程图。
下面将结合图4、图5对电力电子变流器内控制回路的结构及其控制方法进行描述。
图4所示的控制回路400可以是调整电力电子变流器电压的控制支路。其中,图4所示的控制回路400可以是电力电子变流器内置方法(如控制算法)实现。控制回路400可以确定直轴调整电压ed以及交轴调整电压ed并叠加在对应的输出电压中,以实现实际输出参数的控制。
在一些实施例中,控制回路400基于比例积分控制器并采用内外环控制策略实现。其中,电力电子变流器还可以内置多个比例积分控制器(即PI控制器),在控制回路400中,比例积分控制器以及宽频振荡抑制模块410内的多个可以振荡抑制元件形成电压控制外环420以及电流控制内环430。
电压控制外环420可以指基于电压参数确定电流参数控制策略的部分控制回路,电流控制内环430可以指基于电流参数控制策略生成电力电子变流器的控制指令(即前述直轴调整电压ed以及交轴调整电压ed)的部分控制回路。
在一些实施例中,电压控制外环420可以基于电压参数或电压参数与功率参数的组合确定电流参数的电流参考值igref(电流参考值igrefj可以进一步包括有功电流参考值的直轴分量igdref以及有功电流参考值的交轴分量igqref)。电流控制内环430可以基于电流参考值igref确定所述电力电子变流器的控制指令(即前述直轴调整电压ed以及交轴调整电压ed)。
对于宽频振荡抑制模块410内的多个可以振荡抑制元件,虚拟导纳控制器411可以基于输出电压(输出电压的直轴分量vsd以及输出电压的交轴分量vsq)载入电压控制外环420,以调整电流参考值igref。有源阻尼控制器412以及电压前馈控制器413可以用于载入电流控制内环430,以确定调整电压e。其中,有源阻尼控制器412基于电容电流(电容电流直轴分量id以及电容电流直轴分量iq)载入电流控制内环430,电压前馈控制器413基于输出电压(输出电压的直轴分量vsd以及输出电压的交轴分量vsq)载入电流控制内环430。
需要说明的是,宽频振荡抑制模块410的锁相环414可以用于将三相输出电压vs(a,b,c)转化为角频率ω下的频域响应。例如,锁相环414可以与abd/dq转换器一同将vs(a,b,c)转化为角频率ω下的输出电压直轴分量vsd与输出电压交轴分量vsq。锁相环414可以基于内容参数在上述转化过程中对低频振荡进行抑制,在此不做赘述。
进一步如图4所示,控制回路400还可以包括各个振荡抑制元件对应的载入控制开关。其中,虚拟导纳控制器411的载入控制开关记作开关Sy,有源阻尼控制器412的载入控制开关记作开关Sc,电压前馈控制器413的载入控制开关记作开关Sf。各个开关可以作为对应振荡抑制元件传递函数的投切变量,随其开关状态在频域上恒为1或0。其中,当开关闭合则对应的传递函数为1,反之则为0。
虚拟导纳控制器411的传递函数可以记作Hy(s)。则虚拟导纳控制器411在电压控制外环420对有功电流参考值的直轴分量igdref的影响可以为。对有功电流参考值的交轴分量igqref的影响可以为/>。
在一些实施例中,基于前述传递函数确定方法,虚拟导纳控制器411的传递函数Hy(s)可以表征为公式:。
其中,ky为虚拟导纳控制器411的增益系数,ωy1为虚拟导纳控制器411的带通滤波器的角频率下限值,ωy2为虚拟导纳控制器411的带通滤波器的角频率上限值。即增益系数ky可以基于振荡幅值确定,角频率ωy1、ωy2可以基于振荡频率确定。
有源阻尼控制器412的传递函数可以记作Hc(s)。则有源阻尼控制器412在电流控制内环430对直轴调整电压的影响ed可以为。对交轴调整电压的影响eq可以为/>。
在一些实施例中,基于前述传递函数确定方法,有源阻尼控制器412的传递函数Hc(s)可以表征为公式:。
其中,kc为有源阻尼控制器412的增益系数,ωc1为有源阻尼控制器412的带通滤波器的角频率下限值,ωc2为有源阻尼控制器412的带通滤波器的角频率上限值。即增益系数kc可以基于振荡幅值确定,角频率ωc1、ωc2可以基于振荡频率确定。
电压前馈控制器413的传递函数可以记作Hf(s)。则有源阻尼控制器412在电流控制内环430对直轴调整电压的影响ed可以为。对交轴调整电压的影响eq可以为/>。
在一些实施例中,基于前述传递函数确定方法,电压前馈控制器413的传递函数Hf(s)可以表征为公式:。
其中,kf为所述电压前馈控制器的增益系数,ωf0为所述电压前馈控制器的带通滤波器的中心角频率,Qf为电压前馈带通滤波器品质因数。即增益系数kf可以基于振荡幅值确定,角频率ωf0可以基于振荡频率确定。
在一些实施例中,前述电流控制内环430可以基于电流控制器431形成。其中,电流控制器431在直轴的传递函数记作Hid(s),在交轴的传递函数记作Hiq(s)。
在一些实施例中,前述电压控制外环420可以采用电压-功率控制策略基于第一控制器421以及第二控制器422形成。其中,第一控制器421的传递函数记作Hvd(s),第二控制器421的传递函数记作Hvq(s)。
基于上述电压控制外环420与电流控制内环430,在生成电力电子变流器的控制指令可以基于图5所示的流程P500实现。其中,P500可以由参数配置模块844执行。
如图5所示,P500可以包括如下步骤:
S510、在电压控制外环中,基于实际电压参数、期望电压参数、实际无功功率、期望无功功率以及目标振荡抑制元件确定电流参数的有功电流参考值。
S520、在电流控制内环中,基于实际电流参数、有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及目标振荡抑制元件确定直轴调整电压以及交轴调整电压,以使电力电子变流器基于直轴调整电压以及交轴调整电压调整实际电压参数。
进一步地,参见电流控制内环430内的数据流向,前述S520还可以包括如下子步骤:
S521、确定实际电流参数中的电容电流直轴分量、电容电流交轴分量、输出电流中的实际有功电流以及实际无功电流。
S522、基于实际有功电流、实际无功电流、有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及电流控制器确定有功电流调节量以及无功电流调节量。
S523、基于有功电流调节量、电容电流交轴分量、电力电子变流器的电感值以及目标振荡抑制元件确定直轴调整电压。
S524、基于无功电流调节量、电容电流直轴分量、电感值以及目标振荡抑制元件确定交轴调整电压。
基于上述子步骤,直轴调整电压可以表征为:
。
交轴调整电压可以表征为:
。
其中,ed为直轴调整电压,md为有功电流调节量,Kpi为电流控制器的比例增益,Kii为电流控制器的积分增益,igdref为有功电流参考值的直轴分量,igd为实际有功电流,id为电容电流直轴分量,Hc(s)为有源阻尼控制器的传递函数,vsd为输出电压的直轴分量,Hf(s)为电压前馈控制器的传递函数,Sf为电压前馈控制器对应的载入控制开关的开关状态,Sc为有源阻尼控制器对应的载入控制开关的开关状态、L为电感值,ω为角频率eq为交轴调整电压,mq为无功电流调节量,igqref为有功电流参考值的交轴分量,igq为实际无功电流,iq为电容电流交轴分量,vsq为输出电压的交轴分量。
与前述S520类似,参见电压控制外环420内的数据流向,前述S510还可以包括如下子步骤:
S511、确定实际电压参数的直轴分量与期望电压参数的直轴分量的电压差以及实际无功功率与期望无功功率的功率差。其中,功率可以基于实际电压(输出电压)vs(d,q)与并网电流is(d,q)的乘积确定,其中,有功部分(直轴部分)为有功功率,无功部分(交轴部分)为无功功率。
S512、基于电压控制器对电压差进行控制,并基于电压差的控制结果与目标振荡抑制元件的输出确定有功电流参考值的直轴分量。
S513、基于电压控制器对功率差进行控制,并基于功率差的控制结果与目标振荡抑制元件的输出确定有功电流参考值的交轴分量。
基于上述子步骤,有功电流参考值的直轴分量可以表征为:
。
有功电流参考值的交轴分量可以表征为:
。
其中,VDC为直流供电电压,VDCref为直流供电电压的指令值(即直流供电电压的期望值/正常工作值),Hvd(s)为第一控制器的传递函数,Hy(s)为虚拟导纳控制器的传递函数,Sy为虚拟导纳控制器对应的载入控制开关的开关状态,Qref为期望无功功率(一般为0),Q为实际无功功率,Hvq(s)为第二控制器的传递函数。
在一些实施例中,作为一种可替换实施例,前述电压控制外环420还可以采用其他功率/电压控制策略实现。例如,前述电压控制外环420可以仅基于电压进行。此时,第一控制器的输入可以是输出电压的直轴分量vsd与其期望值vsdref的差,第二控制器的输入可以是输出电压的交轴分量vsq与其期望值vsqref的差。其中,期望值vsdref以及vsqref可以基于当无功功率为0(或为其他期望值)时的计算出电压。此外,前述电压控制外环420还可以仅基于功率进行。此时,第一控制器的输入可以是实际有功功率与其期望值的差,第二控制器的输入可以是实际无功功率与其期望值的差。
基于前述控制电路及其控制方法,电力电子变流器内的控制回路可以采用内外环控制实现,整体控制逻辑简单,在控制时无需复杂的建模过程(可以参见前述各参数确定公式,公式内一般不涉及系统参数),同时方便各个振荡抑制元件接入。在控制回路中,各个振荡抑制元件通过对应的载入控制开关接入控制回路,方便通过控制载入控制开关的闭合状态控制各个振荡抑制元件的载入情况,方便基于振荡频率载入合适的振荡抑制元件,无需重新调整控制回路。此外,各个振荡抑制元件可以通过带通滤波器或类似结构(如有源阻尼控制器的超前滞后环节)进行对特定作用频段的宽频振荡进行抑制,可以避免对其他频段参数的影响,提高了系统的稳定性。
示例性调整结果评估方法
为进一步说明对调整结果的进一步处理,本申请还提供一种调整结果评估方法(图6)。其中,图6是本申请一些实施例提供的一种调整结果评估方法的示例性流程图。其中,图6所示的流程P600可以由抑制效果评估模块845执行。
如图6所示,P600可以包括如下步骤:
S610、确定实际输出参数的调整结果。其中,调整结果可以指在完成对目标振荡抑制元件的配置后的下一信号采集周期检测到的实际输出参数/待抑制宽屏振荡。
S620、判断调整结果是否满足预设要求。其中,预设要求可以反映对宽频振荡抑制情况的要求。预设要求一般为调整后的实际输出参数是否满足期望输出参数。若是,则判定为满足预设要求。若否,则判定为不满足预设要求。
S630、若否,基于调整结果确定目标振荡抑制元件的调整策略。其中,调整策略包括调整目标振荡抑制元件的传递函数和/或更改目标振荡抑制元件(或其组合)。调整目标振荡抑制元件的传递函数可以通过在线对目标振荡抑制元件进行参数微调实现。例如,可以根据预设参数调节表,采用查表法微调宽频振荡抑制模块的参数,进而改进谐振抑制效果。
S640、基于调整策略调整目标振荡抑制元件并重新检测调整结果。
S650、若是,则维持目标振荡抑制元件的传递函数。其中,维持目标振荡抑制元件的传递函数可以理解为在实际输出参数在此发生变化前,基于当前的传递函数对宽频振荡进行抑制。
如图6的P600所示,基于前述S620-S650的迭代流程,可以重复执行目标振荡抑制元件的重新调整,直到调整结果满足预设要求。
需要说明的是,为方便理解,P600以迭代判断流程的形式呈现。在实际中可以不存在判断的步骤,将调整结果不满足预设要求作为触发条件重复执行P600。则此时P600可以为确定所述实际输出参数的调整结果。响应于所述调整结果不满足预设要求,基于所述调整结果确定所述目标振荡抑制元件的调整策略。基于所述调整策略调整所述目标振荡抑制元件并重新检测所述调整结果。
基于上述调整结果评估方法,可以重复进行对目标振荡抑制元件的重新调整,以使调整结果满足预设要求。即可以基于调整结果重新调整目标振荡抑制元件的元件参数,从而实现对宽频振荡的自适应控制,进而改进宽频振荡抑制效果。
示例性频率识别方法
在一些实施例中,当前述实际输出参数为频域函数时,前述S210可以采用在线识别的方法执行。由此,本申请还提供一种频率识别方法(图7)。其中,图7是本申请一些实施例提供的一种宽频振荡在线识别方法的示例性流程图。图7所示的流程P700可以由输出检测模块841(或振荡分析模块842)执行。
如图7所示,P700可以包括如下步骤:
S710、基于实际输出参数的时序数据采用插值快速傅里叶变换算法实时确定实际输出参数的频域函数。其中,插值快速傅里叶变换算法是一种基于插值算法增加采样点的时频域转换算法,可以用于将时序数据转化为频域函数。
S720、基于实际输出参数的频域函数确定实际输出参数的频率分布情况。其中,频率分布情况包括多个振荡频段的振荡分量以及该振荡分量的振荡频率与振荡幅值。
在一些实施例中,在执行前述S710时,可以周期性获取实际输出参数的时序数据,从而采用插值快速傅里叶变换算法实时确定实际输出参数的频域函数。其中,获取时序数据的周期可以记作信号采集周期。
在一些实施例中,S720可以通过将实际输出参数的频域函数解析为多个振荡分量而实现。其中,每个振荡范围可以基于该振荡分量的振荡频域(如中心频域与频域范围)以及振荡幅度(如电压幅值、电流幅值等)。当将多个振荡分量在频域上的叠加时,其叠加结果可以拟合实际输出参数的频域函数。例如,可以将输出电压在频域上的分布情况,根据预设频段(如前述低中高频)将输出电压解析为多个角速度频段下的输出电压分量。
在一些实施例中,基于S720确定的多个振荡频段的振荡分量。可以根据多个振荡频段的振荡分量是否包含期望频段之外的频段确定是否发生宽频振荡。即当电力电子变流器转化交流电后,可以先确定交流电的期望频率(如50Hz),再确定频率分布情况该期望频率之外的振荡分量。当存在且振荡分量满足宽频振荡特征时,则判定发生宽频振荡。
在一些实施例中,基于上述类似原理,可以直接基于频率分布情况识别待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。即如图7所示,P700还可以包括如下步骤:
S730、基于期望输出参数从频率分布情况中识别待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。其中,可以基于期望输出参数确定期望频率,从频率分布情况中确定期望频率之外的振荡分量,从而识别待抑制宽频振荡。
基于前述频率识别方法,可以通过插值快速傅里叶变换算法实现对频域数据的实时识别,从而提高对宽频振荡抑制的实时性与准确性。
示例性宽频振荡抑制系统
图8是本申请一些实施例提供的一种宽频振荡抑制系统的结构示意图。
如图8所示,宽频振荡抑制系统800可以包括电力电子变流器810以及处理器820,其中,电力电子变流器810可以参见前述电力电子变流器120,在此不做赘述。
处理器820可以是一种具有计算能力且能控制电力电子变流器810的处理设备。例如,处理器820可以是电力电子变流器810具有计算能力的相关组件的集合。再例如,处理器820可以是电力电子变流器810的外置控制器。
处理器820可以控制电力电子变流器810执行本申请实施例提供的抑制电力系统宽频振荡的方法,以抑制宽频振荡。
在一些实施例中,电力系统宽频振荡抑制系统800还可以包括存储介质830。其中,存储介质830可以存储有计算机程序。当计算机程序被处理器(处理器820)调用时,实现本申请实施例提供的宽频振荡抑制方法。
在一些实施例中,前述处理器820可以与存储介质830可以形成宽频振荡抑制装置840,并配置在电力电子变流器810内。其中,宽频振荡抑制装置840可以包括多个功能模块,以使电力电子变流器810执行本申请中宽频振荡抑制方法的相关功能。
如图8所示,宽频振荡抑制装置840可以包括输出检测模块841、振荡分析模块842、自适应抑制模块843以及参数配置模块844。
输出检测模块841可以用于确定电力电子变流器的实际输出参数,其中,电力电子变流器的输出参数包括电流参数、电压参数以及功率参数中的一种或多种组合。
振荡分析模块842可以用于基于实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。
自适应抑制模块843可以用于基于振荡频率以及振荡幅值将目标振荡抑制元件载入电力电子变流器,其中,目标振荡抑制元件的元件参数基于振荡频率以及振荡幅值自适应调整。
参数配置模块844可以用于基于目标振荡抑制元件控制电力电子变流器,以调整实际输出参数。
在一些实施例中,宽频振荡抑制装置840还可以包括抑制效果评估模块845。抑制效果评估模块845可以用于评估实际输出参数的调整结果。
宽频振荡抑制实例
为进一步说明本申请提供的宽频振荡抑制方法对宽频振荡的实际抑制情况,本申请还提供就高频振荡的抑制情况提供了一种抑制仿真实例(图9)。其中,图9是本申请一些实施例提供的宽频抑制方法仿真验证过程中的参数示意图。
图9所示的仿真验证过程可以指基于Matlab/Simulink等仿真工具中,在相关环境中搭建变流器仿真模型,对本发明宽频振荡抑制方法进行验证。
在前述仿真过程中,可以将三相并网电流is(a,b,c)作为实际输出参数进行控制。其中,图9中900A可以反映三相并网电流is(a,b,c)的时序变化。其中,900A中的横坐标可以是时间,纵坐标可以是三相并网电流的各相电流值。其中,电流值可以基于单位标幺值表征,各相通过不同的灰度进行显示。
在仿真过程中,1s之前,变流器正常运行。1s-1.5s时,由于电网系统阻抗发生变换,引发变流器出现中高频振荡趋势。此时,对三相并网电流is(a,b,c)基于插值快速傅里叶变换算法的实时频率识别可以检测该高频振荡趋势,执行宽频振荡抑制。
此时,对三相并网电流is(a,b,c)的频域检测情况可以形成900B。其中,900B可以反映对应时刻下三相并网电流is(a,b,c)的频率分布情况。900B的横坐标为频率、纵坐标为幅值,900B还标注了此刻的总谐波失真(thd)。
基于本申请提供的宽频振荡抑制算法,可以识别为待抑制振荡的振荡频率为1800Hz及其附近频段,为高频振荡。则可以基于该频段及其对应的幅值确定目标振荡抑制元件的投入与对应的参数(如传递函数中的增益系数与带宽)。
作为一种示例,在该情况下已将有源阻尼控制器与电压前馈控制器载入电力电子变流器中,为消除该宽频振荡可以调节有源阻尼控制器与电压前馈控制器的传递函数。其中,有源阻尼控制器Hc(s)中的增益系数kc从2.5调节到3.5,电压前馈控制器Hf(s)保持投入且增益系数不变,并同步修正滤波器中心角频率及带宽。
基于上述对目标振荡抑制元件的配置,中高频振荡分量逐渐衰减,波形变回平稳的三相正弦波。其中,900C可以是目标振荡抑制元件调整后对三相并网电流is(a,b,c)的频域分析结果。900C的横纵坐标与900B一致。
对比900B与900C可知,基于前述对目标振荡抑制元件的配置,总谐波失真明显降低,且在900C无明显宽频振荡波段。由此,基于上述仿真验证实例,可知本申请提供的宽频振荡抑制方法可以在线自适应有针对性地计算和配置振荡抑制措施,对振荡抑制器参数进行微调,从而有效对宽频振荡进行抑制。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。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,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,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,例如多个单元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接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序校验码的介质。
需要说明的是,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种抑制电力系统宽频振荡的方法,其特征在于,所述方法应用于电力电子变流器,包括:
确定电力电子变流器的实际输出参数,其中,所述电力电子变流器的输出参数包括电流参数、电压参数以及功率参数中的一种或多种组合;
基于所述实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值;
基于所述振荡频率以及所述振荡幅值确定目标振荡抑制元件,其中,所述目标振荡抑制元件包括至少一个振荡抑制元件,所述目标振荡抑制元件的元件参数基于所述振荡频率以及所述振荡幅值自适应调整;
基于所述振荡频率以及所述振荡幅值实时确定所述目标振荡抑制元件的传递函数,其中,当所述待抑制宽频振荡包括多个不同类型的频率分量时,基于各个频率分量按预设顺序依次确定各个振荡抑制元件的传递函数,并在确定所述传递函数后,基于各个振荡抑制元件的传递函数进行拟合,以使所述振荡抑制元件在对应振荡频率下的抑制幅值分量之和等于振荡幅值;
基于所述传递函数配置所述目标振荡抑制元件,并使所述目标振荡抑制元件载入所述电力电子变流器,以抑制多频率分量待抑制宽频振荡;
基于所述目标振荡抑制元件控制所述电力电子变流器,以调整所述实际输出参数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述振荡频率以及所述振荡幅值确定所述目标振荡抑制元件的传递函数,包括:
基于所述振荡幅值确定所述目标振荡抑制元件的增益系数;
基于所述振荡频率确定所述目标振荡抑制元件的带通范围;
基于所述增益系数以及所述带通范围确定所述目标振荡抑制元件的传递函数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述振荡频率以及所述振荡幅值确定目标振荡抑制元件,包括:
基于所述振荡频率确定所述待抑制宽频振荡的振荡类型,其中,所述振荡类型与所述振荡频率的频率范围有关;
基于所述振荡类型从宽频振荡抑制模块确定所述目标振荡抑制元件,其中,所述宽频振荡抑制模块包括多个振荡抑制元件。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述宽频振荡抑制模块还包括连接在所述多个振荡抑制元件与所述电力电子变流器的控制回路之间的多个载入控制开关,所述使所述目标振荡抑制元件载入所述电力电子变流器,包括:
将所述目标振荡抑制元件对应的目标载入控制开关置于闭合状态,以使所述目标振荡抑制元件载入所述电力电子变流器。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述振荡类型包括高频振荡、中频振荡以及低频振荡,所述目标振荡抑制元件包括有源阻尼控制器、虚拟导纳控制器、锁相环以及电压前馈控制器中的一种或多种组合。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述电力电子变流器还包括比例积分控制器,所述比例积分控制器以及所述目标振荡抑制元件形成电压控制外环以及电流控制内环;
其中,所述电压控制外环用于基于所述电压参数和/或所述功率参数确定所述电流参数的参考值,所述电流控制内环用于基于所述电流参数的参考值确定所述电力电子变流器的控制指令,所述虚拟导纳控制器用于载入所述电压控制外环,所述有源阻尼控制器以及所述电压前馈控制器用于载入所述电流控制内环。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述基于所述振荡类型从所述宽频振荡抑制模块确定所述目标振荡抑制元件,包括:
当所述振荡类型为所述低频振荡,将所述锁相环作为所述目标振荡抑制元件,其中,所述锁相环的相关参数被实时调节以抑制所述低频振荡;
当所述振荡类型为所述中频振荡,将所述有源阻尼控制器、所述电压前馈控制器以及所述虚拟导纳控制器中的一种或多种组合作为所述目标振荡抑制元件;
当所述振荡类型为所述高频振荡,将所述有源阻尼控制器和/或所述电压前馈控制器作为所述目标振荡抑制元件。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述有源阻尼控制器的传递函数基于以下公式确定:
;
其中,Hc(s)为所述有源阻尼控制器的传递函数,kc为所述有源阻尼控制器的增益系数,ωc1为所述有源阻尼控制器的带通滤波器的角频率下限值,ωc2为所述有源阻尼控制器的带通滤波器的角频率上限值。
9.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述电压前馈控制器的传递函数基于以下公式确定:
;
其中,Hf(s)为所述电压前馈控制器的传递函数,kf为所述电压前馈控制器的增益系数,ωf0为所述电压前馈控制器的带通滤波器的中心角频率,Qf为电压前馈带通滤波器品质因数。
10.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述虚拟导纳控制器的传递函数基于以下公式确定:
;
其中,Hy(s)为所述虚拟导纳控制器的传递函数,ky为所述虚拟导纳控制器的增益系数,ωy1为所述虚拟导纳控制器的带通滤波器的角频率下限值,ωy2为所述虚拟导纳控制器的带通滤波器的角频率上限值。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述目标振荡抑制元件控制所述电力电子变流器,以调整所述实际输出参数,包括:
在电压控制外环中,基于实际电压参数、期望电压参数、实际无功功率、期望无功功率以及所述目标振荡抑制元件确定电流参数的有功电流参考值;
在电流控制内环中,基于实际电流参数、所述有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及所述目标振荡抑制元件确定直轴调整电压以及交轴调整电压,以使所述电力电子变流器基于所述直轴调整电压以及所述交轴调整电压调整所述实际电压参数。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述在电流控制内环中,基于实际电流参数、所述有功电流参考值、无功电流幅值指令值以及所述目标振荡抑制元件确定直轴调整电压以及交轴调整电压,包括:
确定所述实际电流参数中的电容电流直轴分量、电容电流交轴分量、输出电流中的实际有功电流以及实际无功电流;
基于所述实际有功电流、所述实际无功电流、所述有功电流参考值、所述无功电流幅值指令值以及电流控制器确定有功电流调节量以及无功电流调节量;
基于所述有功电流调节量、所述电容电流交轴分量、所述电力电子变流器的电感值以及所述目标振荡抑制元件确定所述直轴调整电压;
基于所述无功电流调节量、所述电容电流直轴分量、所述电感值以及所述目标振荡抑制元件确定所述交轴调整电压。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述直轴调整电压基于如下公式确定:
;
其中,ed为所述直轴调整电压,md为所述有功电流调节量,Kpi为所述电流控制器的比例增益,Kii为所述电流控制器的积分增益,igdref为所述有功电流参考值的直轴分量,igd为所述实际有功电流,id为所述电容电流直轴分量,Hc(s)为有源阻尼控制器的传递函数,vsd为输出电压的直轴分量,Hf(s)为电压前馈控制器的传递函数,Sf为电压前馈控制器对应的载入控制开关的开关状态,Sc为有源阻尼控制器对应的载入控制开关的开关状态、L为所述电感值,ω为角频率;
所述交轴调整电压基于如下公式确定:
;
其中,eq为所述交轴调整电压,mq为所述无功电流调节量,igqref为所述有功电流参考值的交轴分量,igq为所述实际无功电流,iq为所述电容电流交轴分量,vsq为输出电压的交轴分量。
14.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述在电压控制外环中,基于实际电压参数、期望电压参数、实际无功功率、期望无功功率以及所述目标振荡抑制元件确定电流参数的有功电流参考值,包括:
确定直流供电电压与所述直流供电电压的指令值的电压差以及所述实际无功功率与所述期望无功功率的功率差;
基于第一控制器对所述电压差进行控制,并基于所述电压差的控制结果与所述目标振荡抑制元件的输出确定所述有功电流参考值的直轴分量;
基于第二电压控制器对所述功率差进行控制,并基于所述功率差的控制结果与所述目标振荡抑制元件的输出确定所述有功电流参考值的交轴分量。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述有功电流参考值的直轴分量基于如下公式确定:
;
其中,VDC为所述直流供电电压,VDCref为所述直流供电电压的指令值,Hvd(s)为所述第一控制器的传递函数,Hy(s)为虚拟导纳控制器的传递函数,Sy为所述虚拟导纳控制器对应的载入控制开关的开关状态,vsd为输出电压的直轴分量;
所述有功电流参考值的交轴分量基于如下公式确定:
;
其中,Qref为所述期望无功功率,Q为所述实际无功功率,Hvq(s)为所述第二电压控制器的传递函数,vsq为输出电压的交轴分量。
16.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
确定所述实际输出参数的调整结果;
响应于所述调整结果不满足预设要求,基于所述调整结果确定所述目标振荡抑制元件的调整策略,其中,所述调整策略包括调整所述目标振荡抑制元件的参数和/或更改所述目标振荡抑制元件;
基于所述调整策略调整所述目标振荡抑制元件并重新检测所述调整结果。
17.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定电力电子变流器的实际输出参数,包括:
基于所述实际输出参数的时序数据采用插值快速傅里叶变换算法实时确定所述实际输出参数的频域函数;
基于所述实际输出参数的频域函数确定所述实际输出参数的频率分布情况,其中,所述频率分布情况包括多个振荡频段的振荡分量以及该振荡分量的振荡频率与振荡幅值。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述基于所述实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值,包括:
基于所述期望输出参数从所述频率分布情况中识别所述待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值。
19.一种抑制电力系统宽频振荡的装置,其特征在于,所述装置包括:
输出检测模块,用于确定电力电子变流器的实际输出参数,其中,所述电力电子变流器的输出参数包括电流参数、电压参数以及功率参数中的一种或多种组合;
振荡分析模块,用于基于所述实际输出参数以及期望输出参数确定待抑制宽频振荡的振荡频率以及振荡幅值;
自适应抑制模块,用于基于所述振荡频率以及所述振荡幅值确定目标振荡抑制元件,其中,所述目标振荡抑制元件包括至少一个振荡抑制元件,所述目标振荡抑制元件的元件参数基于所述振荡频率以及所述振荡幅值自适应调整;还用于基于所述振荡频率以及所述振荡幅值实时确定所述目标振荡抑制元件的传递函数,其中,当所述待抑制宽频振荡包括多个不同类型的频率分量时,基于各个频率分量按预设顺序依次确定各个振荡抑制元件的传递函数,并在确定所述传递函数后,基于各个振荡抑制元件的传递函数进行拟合,以使所述振荡抑制元件在对应振荡频率下的抑制幅值分量之和等于振荡幅值;还用于基于所述传递函数配置所述目标振荡抑制元件,并使所述目标振荡抑制元件载入所述电力电子变流器,以抑制多频率分量待抑制宽频振荡;
参数配置模块,用于基于所述目标振荡抑制元件控制所述电力电子变流器,以调整所述实际输出参数。
20.一种抑制电力系统宽频振荡的系统,其特征在于,所述系统包括:
电力电子变流器;以及
处理器,用于控制所述电力电子变流器执行权利要求1-18中任意一项所述的抑制电力系统宽频振荡的方法,以抑制宽频振荡。
21.一种计算机可读存储介质,其特色在于,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至18任意一项所述的抑制电力系统宽频振荡的方法。
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