CN117096894B - 宽频振荡抑制控制方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种宽频振荡抑制控制方法、系统及介质，方法包括采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。本申请能够根据所采集的电压信息自适应改变有源阻尼的大小，进而抑制不同工况下的宽频振荡问题。
Description
技术领域
本申请涉及涉及新能源发电的技术领域，尤其是指一种用于电力电子变流器的宽频振荡抑制控制方法、系统及介质。
背景技术
太阳能、风电等新能源大力发展过程中，电力电子装置由于其控制灵活性被大规模应用于控制系统中，而大量电力电子设备的接入使得电力系统信号呈现宽频特性，导致系统产生谐波源，易造成大规模新能源发电脱网，直接危害电力系统的安全和稳定运行。
传统宽频振荡抑制方法多采用有源阻尼的方式实现VSG的阻抗重塑，进而抑制振荡问题。但目前所采用的有源阻尼方式控制策略不能灵活改变，只能抑制固定频率的宽频振荡问题，无法很好地适应新能源发电波动性和不确定性带来的不同工况的宽频振荡问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种用于电力电子变流器的宽频振荡抑制控制方法、系统及介质，能够根据所采集的电压信息自适应改变有源阻尼的大小，进而抑制不同工况下的宽频振荡问题，为电力电子变流器的宽频振荡抑制控制的研究提供了一条新路径。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种宽频振荡抑制控制方法，包括以下步骤：
采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；
识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；
再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；
通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。
所述得到实际电网电压与期望电压的偏差的步骤为：
检测并网点的电压和电流信息，经坐标变换后参与外环控制和内环控制；
坐标变换后的d轴电压和期望电压做减法，生成实际电网电压与期望电压的偏差。
所述识别所述实际电网电压与期望电压的偏差,根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值具体为，
通过对实际电网电压与期望电压的偏差进行傅里叶变换，识别宽频振荡的带宽和幅值，所述识别宽频振荡的带宽和幅值分别与目标范围内的宽频振荡带宽和幅值进行比较，进而根据比较情况识别需要补偿的带宽和幅值。
所述再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别具体为，通过优化算法或模糊算法进行有效识别。
所述有源阻尼设计方法具体为，
有源阻尼在复频域中建立，有源阻尼的设计公式为：
，
式中，s是拉普拉斯算子，ωc是谐振带宽，决定了控制器增益的频率作用范围，根据阻抗尖峰的频率范围进行确定；ωref是谐振频率，为要抑制宽频振荡频率，K是增益。
第二方面，本申请实施例提供一种宽频振荡抑制控制系统，包括，
电压采集模块，用以采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；
带宽和幅值补偿计算模块，用以识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；
带宽和幅值补偿再识别模块，用以再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；
有源阻尼设计模块，通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。
所述电压采集模块检测并网点的电压和电流信息，经坐标变换后参与外环控制和内环控制；坐标变换后的d轴电压和期望电压做减法，生成实际电网电压与期望电压的偏差。
所述带宽和幅值补偿计算模块通过对实际电网电压与期望电压的偏差进行傅里叶变换，识别宽频振荡的带宽和幅值，所述识别宽频振荡的带宽和幅值分别与目标范围内的宽频振荡带宽和幅值进行比较，进而根据比较情况识别需要补偿的带宽和幅值。
所述带宽和幅值补偿再识别模块通过优化算法或模糊算法进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的宽频振荡抑制控制方法的步骤。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；通过控制算法再次对所述需补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽补偿自适应和幅值补偿自适应；所述带宽补偿自适应和幅值补偿自适应通过有源阻尼设计方法，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。相比于传统的宽频振荡有源阻尼抑制方法，本发明能够根据所采集的电压信息自适应改变有源阻尼的大小，进而抑制不同工况下的宽频振荡问题，为电力电子变流器的宽频振荡抑制控制的研究提供了一条新路径。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的某些实施例，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是本发明实施例方法的流程图；
图2是本发明实施例中系统控制结构示意图；
图3是本发明实施例中自适应有源阻尼控制框图；
图4是本发明实施例中带宽和幅值补偿控制框图；
图5是本发明实施例中虚拟阻抗引入系统示意图；
图6是本发明实施例系统框图。
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描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
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。
术语“第一”、“第二”等仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为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。
请参阅图1，是本发明实施例提供一种电力电子变流器的宽频振荡抑制控制方法，
S1.采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；
S2.识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；
S3.再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；
S4.通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。
所述方法具体实施步骤如下：
如图2所示，是本发明实施例中系统控制结构示意图。本发明实施例是含储能电池、电力电子变流器、滤波器和并网点的系统，其中储能电池和电力电子变流器串接，电力电子变流器和滤波器串接后接入并网点。并网点具有检测装置，用于检测并网点的电压和电流信息采集，实际电网电压为ugd，将实际电网电压ugd与期望电压uref进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差Δu=uref-ugd，经坐标变换后参与外环控制和内环控制，进而控制PWM波的生成，最后对电力电子变流器进行控制。
如图3所示，通过对实际电网电压与期望电压的偏差Δu进行傅里叶变换，识别宽频振荡的带宽和幅值。
例如，假设一相电压表达式为：
，
其中U0为电压幅值，ω0为电压频率，φ0为相角。
经过傅里叶变换后，化简得到的电压表达式为：
，
仅考虑到二次谐波，识别宽频振荡的带宽和幅值分别与目标范围内的宽频振荡带宽和幅值进行比较，进而根据比较情况识别需要补偿的带宽和幅值，即识别电压偏差Δu需要补偿的带宽ω0，2ω0和幅值c1，c2。不同的实际电网电压与期望电压的偏差的识别将产生相应需要补偿的带宽和幅值，进而实现带宽补偿自适应和幅值补偿自适应。
如图4所示，为了使补偿的带宽和幅值更精确，还需采取一定的控制算法对所需补偿的带宽和幅值进行有效识别，最后即可得到用于阻抗重塑的有源阻尼的所需带宽fc和幅值Rc的大小。所述控制算法包括优化算法、模糊算法等有效识别措施。
所述有源阻尼的设计按以下方式：
，
式中，s是拉普拉斯算子，ωc是谐振带宽，决定了控制器增益的频率作用范围，根据阻抗尖峰的频率范围进行确定；ωref是谐振频率，为要抑制宽频振荡频率，K是增益。
可得阻抗模型中引入的有源阻尼阻抗Z的表达式为：
，
式中，s是拉普拉斯算子，ωc是谐振带宽，决定了控制器增益的频率作用范围，根据阻抗尖峰的频率范围进行确定；ωref是谐振频率，为要抑制宽频振荡频率，K是增益。
根据有源阻尼阻抗表达式可知，有源阻尼函数的ωc、ωref和K依据需要补偿的带宽和幅值进行算法控制选取合适的参数抑制宽频振荡。
如图5所示，为有源阻尼阻抗在控制系统里的结构框图。把有源阻尼H(s)设计在内环控制中的电流环，建立了并网点电流和内环输出电压调制信号的关系，进而实现了虚拟阻抗的作用，并且此虚拟阻抗Z的大小可依据有源阻尼的参数进行改变。由图可知，输出电压表达式为：
，
由于虚拟阻抗的引入，发生改变，电力电子变流器的输出阻抗进而改变。依据阻抗稳定性分析理论，当电力电子变流器的输出阻抗增大，以及系统的稳定裕度提高时，该自适应有源阻尼可实现不同宽频下的电力电子变流器振荡抑制。
如图6所示，本申请实施例提供一种宽频振荡抑制控制系统，包括，
电压采集模块1，用以采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；
带宽和幅值补偿计算模块2，用以识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；
带宽和幅值补偿再识别模块3，用以再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；
有源阻尼设计模块4，通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的宽频振荡抑制控制方法的步骤。
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。
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。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽频振荡抑制控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；
识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；
再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；
通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡；
通过对实际电网电压与期望电压的偏差Δu进行傅里叶变换，识别宽频振荡的带宽和幅值，
假设一相电压表达式为：
，
其中U0为电压幅值，ω0为电压频率，φ 0为相角,
经过傅里叶变换后，化简得到的电压表达式为：
，
仅考虑到二次谐波，识别宽频振荡的带宽和幅值分别与目标范围内的宽频振荡带宽和幅值进行比较，进而根据比较情况识别需要补偿的带宽和幅值，即识别电压偏差Δu需要补偿的带宽ω 0，2ω 0和幅值c 1，c 2，不同的实际电网电压与期望电压的偏差的识别将产生相应需要补偿的带宽和幅值，进而实现带宽补偿自适应和幅值补偿自适应。
2.根据权利要求1所述的一种宽频振荡抑制控制方法，其特征在于，所述得到实际电网电压与期望电压的偏差的步骤为：
检测并网点的电压和电流信息，经坐标变换后参与外环控制和内环控制；
坐标变换后的d轴电压和期望电压做减法，生成实际电网电压与期望电压的偏差。
3.根据权利要求1所述的一种宽频振荡抑制控制方法，其特征在于，所述识别所述实际电网电压与期望电压的偏差,根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值具体为，
通过对实际电网电压与期望电压的偏差进行傅里叶变换，识别宽频振荡的带宽和幅值，所述识别宽频振荡的带宽和幅值分别与目标范围内的宽频振荡带宽和幅值进行比较，进而根据比较情况识别需要补偿的带宽和幅值。
4.根据权利要求1所述的一种宽频振荡抑制控制方法，其特征在于，所述再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别具体为，通过优化算法或模糊算法进行有效识别。
5.根据权利要求1所述的一种宽频振荡抑制控制方法，其特征在于，所述有源阻尼设计方法具体为，
有源阻尼在复频域中建立，有源阻尼的设计公式为：
，
式中，s是拉普拉斯算子，ωc是谐振带宽，决定了控制器增益的频率作用范围，根据阻抗尖峰的频率范围进行确定；ωref是谐振频率，为要抑制宽频振荡频率，K是增益。
6.一种宽频振荡抑制控制系统，用以实现如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，包括，
电压采集模块，用以采集实际电网电压，与期望电压进行比较得到实际电网电压与期望电压的偏差；
带宽和幅值补偿计算模块，用以识别所述实际电网电压与期望电压的偏差，根据振荡频率识别其需要补偿的带宽，根据振荡幅值识别其需要补偿的幅值；
带宽和幅值补偿再识别模块，用以再次对需要补偿的带宽和幅值进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿；
有源阻尼设计模块，通过有源阻尼设计方法，对上述的带宽和幅值自适应补偿实现有源阻尼自适应，进而重塑电力电子变流器输出阻抗，抑制宽频振荡。
7.根据权利要求6所述的一种宽频振荡抑制控制系统，其特征在于，所述电压采集模块检测并网点的电压和电流信息，经坐标变换后参与外环控制和内环控制；坐标变换后的d轴电压和期望电压做减法，生成实际电网电压与期望电压的偏差。
8.根据权利要求6所述的一种宽频振荡抑制控制系统，其特征在于，所述带宽和幅值补偿计算模块通过对实际电网电压与期望电压的偏差进行傅里叶变换，识别宽频振荡的带宽和幅值，所述识别宽频振荡的带宽和幅值分别与目标范围内的宽频振荡带宽和幅值进行比较，进而根据比较情况识别需要补偿的带宽和幅值。
9.根据权利要求6所述的一种宽频振荡抑制控制系统，其特征在于，所述带宽和幅值补偿再识别模块通过优化算法或模糊算法进行有效识别，实现带宽和幅值自适应补偿。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如权利要求1-5任一所述的宽频振荡抑制控制方法的步骤。
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