一种附加阻尼系统、控制方法及锁相环与流程

【】本发明涉及电力电子化电力系统，尤其涉及一种附加阻尼系统、控制方法及锁相环。

背景技术

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背景技术：

1、现今，传统能源如煤、碳等已不再适合大量使用并接入电网，以风、光为代表的分布式能源通过电力电子电压源换流器接入电网逐渐占据重要地位，电力电子化的电力系统开始引起了广泛关注。与同步发电机通过旋转质量与电网进行同步的方式不同，目前电压源换流器(voltage source converter,vsc)并网控制常采用双闭环矢量控制技术，依靠锁相环(phase-locked loop,pll)实现对并网点电压的跟踪，进而与弱网系统保持同步。

2、随着并网变换器在电力系统中的比重不断增加，与之相关的动态问题在实际系统中逐渐凸显出来，如弱连接条件下，pll动态与并网点电压动态通过弱网的电压源换流器(weak wrid connectedvsc，wg-vsc)注入电流在电网阻抗上的压降耦合在一起，产生负阻尼，进而影响wg-vsc系统的同步性能。因而在电力系统遭受大扰动如严重电网故障，可能会带来锁相环同步暂态失稳问题，进而造成电压源换流器跳闸脱网，严重威胁到系统的安全稳定运行。

3、目前，采用电网故障期间闭锁pll的方法，以解决影响wg-vsc系统的同步性能等问题，但是该控制方法的局限在于会导致产生静态误差，电力系统由于静态误差的产生导致电力系统稳定边界减小，影响电压源换流器暂态同步稳定性和电力系统稳定性。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种附加阻尼系统，以实现有效抑制或消除由静态误差导致的稳定边界减小的问题。

2、本发明第一方面的具体技术方案为：

3、一种附加阻尼系统，包括：采集模块、频率反差反馈通道模块和反馈模块；

4、所述采集模块的输入端连接锁相环，所述采集模块的输出端连接所述频率反差反馈通道模块的输入端；所述采集模块用于采集锁相环输出的角频率与额定角频率的偏量差；

5、所述频率反差反馈通道模块的输出端连接所述反馈模块的输入端，所述频率反差反馈通道模块用于给定附加阻尼系数；

6、所述反馈模块的输出端连接所述锁相环，所述反馈模块用于将所述偏差量和所述附加阻尼系数反馈至电流矢量，得到无功电流，所述无功电流用于增强电压源换流器暂态同步稳定性。

7、为实现上述目的，本申请第二方面提供一种附加阻尼系统的控制方法，应用于如第一方面所述的附加阻尼系统，所述方法包括：

8、基于同步坐标系锁相环，采集模块获得锁相环输出的角频率与额定角频率的偏量差；

9、频率反差反馈通道模块给定附加阻尼系数；

10、反馈模块将所述偏差量和所述附加阻尼系数反馈至电流矢量，得到无功电流，所述无功电流用于增强电压源换流器暂态同步稳定性。

11、可选的，所述附加阻尼系数与电力系统中并网点至故障点之间的等效电阻成线性关系。

12、可选的，所述偏差量和所述附加阻尼系数反馈至电流矢量，得到无功电流，所述无功电流采用以下公式获得：

13、

14、其中，itqref*为无功电流，itqref为所述电流矢量，dk为所述附加阻尼系数，δωpll为锁相环输出的角频率ωpll与锁相环额定角频率ωs的偏量差。

15、可选的，所述附加阻尼系数与并网点至故障点之间的等效电阻成线性关系，所述线性关系包括：

16、dk＝cf/rf

17、其中，dk为所述附加阻尼系数，cf为阻尼系数，rf为并网点至故障点之间的等效电阻。

18、可选的，所述阻尼系数与锁相环中比例积分控制器的积分系数成线性关系，所述阻尼系数与比例积分控制器的积分系数的线性关系包括：

19、cf＝lfitdref+kpvf/ki

20、其中，cf为阻尼系数，lf为并网点至故障点之间的等效电感，itqref为电流矢量，kp为比例积分控制器的比例系数，vf为并网点电压，ki为比例积分控制器的积分系数。

21、可选的，基于同步坐标系锁相环，构建电压源换流器接入弱网系统的降阶数学模型，所述数学降阶模型用于表征电压源变流器接入电力系统的暂态同步特性，所述降阶数学模型包括：

22、

23、其中，θpll为锁相环输出相角，ωpll为锁相环输出的角频率，ωs为锁相环额定角频率，δωpll为偏量差，je为等效惯量，tmv为等效虚拟机械转矩，tev为等效虚拟电磁转矩，de为等效阻尼。

24、可选的，所述等效惯量根据所述附加阻尼系数获得，所述等效惯量采用以下公式获得：

25、je＝(1-kplfitdref+kprfdk)/ki

26、其中，je为等效惯量，kp为比例积分控制器比例系数，lf为并网点至故障点之间的等效电感，itqref为电流矢量，rf为并网点至故障点之间的等效电阻，dk为附加阻尼系数，ki为比例积分控制器积分系数。

27、可选的，所述等效阻尼根据所述附加阻尼系数获得，所述等效阻尼采用以下公式获得：

28、de＝kpvfcosθpll/ki-lfitdref+rfdk

29、其中，kp为比例积分控制器比例系数，vf为并网点电压，θpll为锁相环输出相角，ki为比例积分控制器积分系数，lf为并网点至故障点之间的等效电感，itqref为电流矢量，rf为并网点至故障点之间的等效电阻，dk为附加阻尼系数。

30、为实现上述目的，本申请第三方面提供一种锁相环，所述锁相环内设有如第一方面所述的附加阻尼系统。

31、实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

32、本方法提出了一种适用于弱网的电压源换流器的一种附加阻尼系统、控制方法及锁相环，通过增加频率反差反馈通道给定附加阻尼系数，并结合锁相环输出的角频率与额定角频的偏量差，反馈至电流矢量，得到具有动态自适应调节功能的无功电流。通过改变附加阻尼系数从而改变无功电流，将无功电流输入锁相环，使锁相环消除静态误差，增大电压源换流器的等效阻尼，提升锁相环的稳定性，进而增强电压源换流器暂态同步稳定性，从而有效抑制或消除由弱网系统由于静态误差导致的稳定边界减小的问题，提升电力系统稳定性。

技术特征：

1.一种附加阻尼系统，其特征在于，包括：采集模块、频率反差反馈通道模块和反馈模块；

2.一种附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，应用于如权1所述的附加阻尼系统，所述方法包括：

3.如权利要求2所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述附加阻尼系数与电力系统中并网点至故障点之间的等效电阻成线性关系。

4.如权利要求2所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述无功电流采用以下公式获得：

5.如权利要求3所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述附加阻尼系数与并网点至故障点之间的等效电阻成线性关系，所述线性关系为：

6.如权利要求5所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述阻尼系数与锁相环中比例积分控制器的积分系数成线性关系，所述阻尼系数与比例积分控制器的积分系数的线性关系包括：

7.如权利要求5所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.如权利要求7所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述等效惯量根据所述附加阻尼系数获得，所述等效惯量采用以下公式获得：

9.如权利要求7所述的附加阻尼系统的控制方法，其特征在于，所述等效阻尼根据所述附加阻尼系数获得，所述等效阻尼采用以下公式获得：

10.一种锁相环，其特征在于，所述锁相环内设有如权利要求1所述的附加阻尼系统。

技术总结
本申请实施例公开了附加阻尼系统、控制方法及锁相环，包括采集模块采集锁相环输出的角频率与额定角频率的偏量差；频率反差反馈通道模块给定附加阻尼系数；反馈模块将偏差量和附加阻尼系数反馈至电流矢量，得到无功电流，无功电流用于增强电压源换流器暂态同步稳定性。通过改变附加阻尼系数从而改变无功电流，使无功电流输入锁相环时消除静态误差，增大电压源换流器的等效阻尼，提升锁相环的稳定性，进而增强电压源换流器暂态同步稳定性，从而有效抑制或消除由弱网系统由于静态误差导致的稳定边界减小的问题，提升电力系统稳定性。

技术研发人员：陆海,张浩,罗恩博,王达达,唐立军,赵现平,李远
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12