一种配电系统的双向虚拟惯量控制方法、装置及介质与流程

本发明涉及电力系统惯量支撑领域，具体是一种配电系统的双向虚拟惯量控制方法、装置及介质。

背景技术：

1、近年来，随着传统化石能源的枯竭和环境污染的加剧，能源问题已成为当今经济社会发展的严峻挑战。光伏、风电等分布式发电作为清洁、环保的柔性发电技术，成为世界各国政府、业界和学术界关注的焦点。分布式发电具有就地消纳、施工成本低、经济环保等优点，机组并网电压等级一般在10kv以下。将分布式发电与储能系统灵活集成形成交直流混合配电系统，有利于最大限度地提高清洁可再生能源的利用效率，是实现绿色发电和节能减排的重要措施。

2、交直流混合配电系统由于分布式发电的间歇性和不确定性，功率波动成为影响系统稳定运行的主要问题。同时，由多个变流器主导的混合配电系统惯性性能较低，使得分布式发电无法像传统的同步发电机一样，在系统面临外部功率波动时改善频率和电压的瞬态特性。特别是当上级电网无力提供任何惯性支撑时，交流电网和直流电网同时受到外部电源扰动的影响。为了提高惯性支持能力，已有研究通过模拟同步发电机的电磁和力学方程提出了虚拟惯性的概念，当系统功率波动时，其暂态响应可与同步发电机相似。然而，对于交直流混合配电系统，在同一母线内并联的分布式发电采用虚拟惯性控制可能会引起功率振荡问题。因此，交直流子电网之间的双向ac/dc变换器对于提高配电系统的惯性支撑能力，保证配电系统的稳定运行起着至关重要的作用，但现有的研究普遍忽略了交直流子电网之间的双向惯性支持能力和需求。因此，如何实现交直流混合分布式电源并网配电系统的双向虚拟惯量控制是未来新能源主动支撑领域的一个技术难点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种配电系统的双向虚拟惯量控制方法及装置，其基于双向ac/dc变换器的动态功率平衡，提出了基于虚拟电容和虚拟转动惯量的双向虚拟惯量控制方法、装置及介质，通过判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向，计算得到辅助惯量支撑的功率数据大小，并将该功率指令和双向ac/dc换流器的功率参考值结合，得到交流子网和直流子网间实际的双向功率参考值，并通过跟踪该参考值，实现交直流混合分布式电源并网配电系统的双向虚拟惯量控制。

2、一种配电系统的双向虚拟惯量控制方法，包括以下步骤：

3、获取配电系统的关键数据，选定虚拟电容和虚拟转动惯量参数的大小；

4、判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向；

5、根据判断的潮流方向选取对应的惯性支撑能量计算公式，利用获取的配电系统的关键数据和选定的虚拟电容和虚拟转动惯量，计算得到辅助惯量支撑的功率数据；

6、将所得辅助惯量支撑的功率数据和双向ac/dc换流器的功率参考值结合，得到交流子网和直流子网间实际的双向功率参考值，并通过pi控制器使交流子网和直流子网间的实际双向功率跟踪所述双向功率参考值，以实现交直流混合分布式电源并网配电系统的双向虚拟惯量控制。

7、进一步的，所述配电系统的关键数据包括双向ac/dc变换器的直流电容cdc、所有交流子网的频率fac、以及直流子网电压udc。

8、进一步的，所述判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向，具体包括：当pbi_con为正时，判定功率从交流子网传输到直流子网；当pbi_con为负时，判定功率从直流子网传输到交流子网；其中，pbi_con为从交流子网到直流子网传输的功率。

9、进一步的，所述惯性支撑能量计算公式为：

10、

11、式中，为惯量支撑能量；当pbi_con为正时，根据直流电压的偏差来模拟虚拟惯性能量以支持电压的恢复；当pbi_con为负时，根据频率的偏差模拟虚拟惯性能量，以支持交流频率的恢复。

12、进一步的，根据式(1)，得到辅助惯量支撑的功率数据pw为：

13、

14、一种配电系统的双向虚拟惯量控制装置，包括：

15、数据获取模块，用于获取配电系统的关键数据，选定虚拟电容和虚拟转动惯量参数的大小；

16、潮流方向判断模块，用于判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向；

17、功率指令计算模块，用于根据判断的潮流方向选取对应的惯性支撑能量计算公式，利用获取的配电系统的关键数据和选定的虚拟电容和虚拟转动惯量，计算得到辅助惯量支撑的功率数据；

18、双向虚拟惯量控制模块，用于将所得辅助惯量支撑的功率数据和双向ac/dc换流器的功率参考值结合，得到交流子网和直流子网间实际的双向功率参考值，并通过pi控制器使交流子网和直流子网间的实际双向功率跟踪所述双向功率参考值，实现交直流混合分布式电源并网配电系统的双向虚拟惯量控制

19、进一步的，所述配电系统的关键数据包括双向ac/dc变换器的直流电容cdc、所有交流子网的频率fac、以及直流子网电压udc。

20、进一步的，所述潮流方向判断模块判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向，具体包括：当pbi_con为正时，判定功率从交流子网传输到直流子网；当pbi_con为负时，判定功率从直流子网传输到交流子网；其中，pbi_con为从交流子网到直流子网传输的功率。

21、进一步的，所述惯性支撑能量计算公式为：

22、

23、式中为惯量支撑能量；当pbi_con为正时，根据直流电压的偏差来模拟虚拟惯性能量以支持电压的恢复；当pbi_con为负时，根据频率的偏差模拟虚拟惯性能量，以支持交流频率的恢复。

24、进一步的，根据式(1)，得到辅助惯量支撑的功率指令pw为：

25、

26、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的配电系统的双向虚拟惯量控制方法。

27、本发明在系统发生扰动时能够利用双向ac/dc变换器对侧子微网的功率支撑能力为系统的快速恢复提供支援，增强了混合配电系统的惯量交互支持能力，提高了系统应对故障和扰动的稳定运行能力。在pscad/emtdc平台上，搭建了交直流配电系统的仿真模型，验证了所提控制方案的有效性。

技术特征：

1.一种配电系统的双向虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的配电系统的双向虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述配电系统的关键数据包括双向ac/dc变换器的直流电容cdc、所有交流子网的频率fac、以及直流子网电压udc。

3.如权利要求2所述的配电系统的双向虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向，具体包括：当pbi_con为正时，判定功率从交流子网传输到直流子网；当pbi_con为负时，判定功率从直流子网传输到交流子网；其中，pbi_con为从交流子网到直流子网传输的功率。

4.如权利要求3所述的配电系统的双向虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述惯性支撑能量计算公式为：

5.如权利要求4所述的配电系统的双向虚拟惯量控制方法，其特征在于，根据式(1)，得到辅助惯量支撑的功率数据pw为：

6.一种配电系统的双向虚拟惯量控制装置，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的配电系统的双向虚拟惯量控制装置，其特征在于，所述配电系统的关键数据包括双向ac/dc变换器的直流电容cdc、所有交流子网的频率fac、以及直流子网电压udc。

8.如权利要求7所述的配电系统的双向虚拟惯量控制装置，其特征在于，所述潮流方向判断模块判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向，具体包括：当pbi_con为正时，判定功率从交流子网传输到直流子网；当pbi_con为负时，判定功率从直流子网传输到交流子网；其中，pbi_con为从交流子网到直流子网传输的功率。

9.如权利要求8所述的配电系统的双向虚拟惯量控制装置，其特征在于，所述惯性支撑能量计算公式为：

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的配电系统的双向虚拟惯量控制方法。

技术总结
本发明提供一种配电系统的双向虚拟惯量控制方法、装置及介质，该方法包括：获取配电系统的关键数据，选定虚拟电容和虚拟转动惯量参数的大小；判断交直流混合分布式电源并网配电系统中交流子网和直流子网之间的潮流方向；根据判断的潮流方向选取对应的惯性支撑能量计算公式，利用获取的配电系统的关键数据和选定的虚拟电容和虚拟转动惯量，计算得到辅助惯量支撑的功率数据；将辅助惯量支撑功率指令和双向AC/DC换流器的功率参考值结合，得到交流子网和直流子网间实际的双向功率参考值，并通过跟踪该参考值，实现交直流混合分布式电源并网配电系统的双向虚拟惯量控制。本发明有利于提高交直流混合配电系统的惯性支持能力、保证系统的稳定运行。

技术研发人员：冀肖彤,柳丹,叶畅,曹侃,梅欣,夏勇军,王伟,邓万婷,陈孝明,蔡萱,肖繁,熊平,康逸群,江克证,谭道军
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13