一种电压源型变流器梯度控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明专利申请属于电气控制，具体涉及一种电压源型变流器梯度控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、以风电、光伏为代表的新能源具有波动性、间歇性特点，高比例新能源除带来电力电量平衡问题，还给电力系统带来安全稳定问题。电压源型变流器技术是从电源侧应对电力系统“双高”趋势带来的安全稳定问题的一种解决方案。通常采用虚拟同步发电机技术，可以通过复制同步电机的行为和性能来加强电网，可以起到快速调频调压、增加惯量和短路容量、抑制宽频震荡等作用。

2、然而由于电力电子功率器件的过流能力弱，易导致大扰动时电力电子装备烧毁，严重影响变流器装备的可靠性。通过采用故障穿越技术，可以在第一时间内保护这些电力电子器件，防止其受到破坏，同时也可以降低维修成本和停机时间。公开号为“cn114884132a”的中国发明专利申请于2022年公开了《具有动态限流功能的构网型逆变器控制方法》，其结合功率限制与虚拟阻抗控制两种方法，从功角关系层面与简介限流层面实现对电网电压跌落故障的动态限流功能，然而没有考虑电力电子器件的过载特性，同时也难以满足故障穿越期间的电压支撑需求，削弱了电压源型变流器的故障穿越能力，影响整个电力系统的暂态稳定性。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明专利申请提出了一种电压源型变流器梯度控制方法，包括：

2、基于电压源型变流器的输出电流，确定当前的功率调节系数；

3、基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到电压调制信号；

4、将电压调制信号和电压源型变流器输出电压的载波信号进行比较，得到电压源型变流器中功率器件的触发信号并触发电压源型变流器中功率器件；

5、所述功率调节系数从功率调节数列中选取，所述功率调节数列为具有设定梯度规律的多个数值的排列。

6、作为优选的，所述基于电压源型变流器的输出电流，确定当前的功率调节系数，包括：

7、基于电压源型变流器的输出电流，与设定的电流故障阈值进行对比确定电压源型变流器是否发生故障；

8、当电压源型变流器发生故障，根据电压源型变流器已经处于故障的时间和电压源型变流器输出电流的幅值对应的过载耐受时间，在所述功率调节数列中确定当前的功率调节系数；

9、当电压源型变流器没有发生故障，选取所述功率调节数列的首个数值作为当前的功率调节系数。

10、作为优选的，所述根据电压源型变流器已经处于故障的时间和电压源型变流器输出电流的幅值对应的过载耐受时间，在所述功率调节数列中确定当前的功率调节系数，包括：

11、判断电压源型变流器已经处于故障的时间是否超过电压源型变流器输出电流的幅值对应的过载耐受时间；

12、若否，调整当前的功率调节系数为功率调节数列的首个数值；

13、若是，调整当前的功率调节系数为功率调节数列的第故障次数个数值后的数值。

14、作为优选的，所述过载耐受时间，基于电压源型变流器输出电流的幅值和电压源型变流器的参数确定；

15、所述电压源型变流器的参数包括：器件开通损耗、器件关断损耗、稳态热阻、开关频率、导通压降数值、器件结温以及环境温度。

16、作为优选的，所述过载耐受时间，通过以下计算式进行计算：

17、

18、式中，tol为过载耐受时间；eon_nom为器件开通损耗；eoff_nom为器件关断损耗；rθ为稳态热阻；fsw为开关频率；uce为导通压降数值；hd为器件结温；ha为环境温度；il为电压源型变流器输出电流的幅值。

19、作为优选的，所述功率调节数列包括：有功功率调节数列和无功功率调节数列；

20、所述有功功率调节数列中各个数值由首个数值依次递减；

21、所述无功功率调节数列中各个数值由首个数值依次递增。

22、作为优选的，所述有功功率调节数列中首个数值和所述无功功率调节数列中首个数值均为1。

23、作为优选的，所述基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到电压调制信号，包括：

24、基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到双环控制参考值；

25、基于双环控制参考值，通过闭环调节得到电压调制信号。

26、作为优选的，所述基于双环控制参考值，通过闭环调节得到电压调制信号，包括：

27、基于双环控制参考值，结合电压源型变流器输出电压进行闭环调节，得到电压源型变流器控制电流；

28、基于电压源型变流器控制电流，结合电压源型变流器输出电流进行闭环调节，得到电压调制信号。

29、作为优选的，所述双环控制参考值，通过以下计算式进行计算：

30、

31、式中，udref为双环控制参考值的电压有功分量；uqref为双环控制参考值的电压无功分量；s为拉普拉斯算子；kpow_pp为有功功率环比例项；kpow_pi为有功功率积分项系数；kpow_qp为无功功率环比例项；kpow_qi为无功功率积分项系数；pref为电压源型变流器输出功率的有功功率参考值；qref为电压源型变流器输出功率的无功功率参考值；pe为电压源型变流器输出功率的有功功率的实际值；qe为电压源型变流器输出功率的无功功率的实际值。

32、基于同一发明构思，本发明专利申请还提出了一种电压源型变流器梯度控制系统，包括：

33、调节系数确定模块，用于基于电压源型变流器的输出电流，确定当前的功率调节系数；

34、电压调制模块，用于基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到电压调制信号；

35、变流器控制模块，用于将电压调制信号和电压源型变流器输出电压的载波信号进行比较，得到电压源型变流器中功率器件的触发信号并触发电压源型变流器中功率器件；

36、所述功率调节系数从功率调节数列中选取，所述功率调节数列为具有设定梯度规律的多个数值的排列。

37、作为优选的，所述调节系数确定模块基于电压源型变流器的输出电流，确定当前的功率调节系数，包括：

38、基于电压源型变流器的输出电流，与设定的电流故障阈值进行对比确定电压源型变流器是否发生故障；

39、当电压源型变流器发生故障，根据电压源型变流器已经处于故障的时间和电压源型变流器输出电流的幅值对应的过载耐受时间，在所述功率调节数列中确定当前的功率调节系数；

40、当电压源型变流器没有发生故障，选取所述功率调节数列的首个数值作为当前的功率调节系数。

41、作为优选的，所述调节系数确定模块根据电压源型变流器已经处于故障的时间和电压源型变流器输出电流的幅值对应的过载耐受时间，在所述功率调节数列中确定当前的功率调节系数，包括：

42、判断电压源型变流器已经处于故障的时间是否超过电压源型变流器输出电流的幅值对应的过载耐受时间；

43、若否，调整当前的功率调节系数为功率调节数列的首个数值；

44、若是，调整当前的功率调节系数为功率调节数列的第故障次数个数值后的数值。

45、作为优选的，所述调节系数确定模块中的过载耐受时间，基于电压源型变流器输出电流的幅值和电压源型变流器的参数确定；

46、所述电压源型变流器的参数包括：器件开通损耗、器件关断损耗、稳态热阻、开关频率、导通压降数值、器件结温以及环境温度。

47、作为优选的，所述调节系数确定模块中的过载耐受时间，通过以下计算式进行计算：

48、

49、式中，tol为过载耐受时间；eon_nom为器件开通损耗；eoff_nom为器件关断损耗；rθ为稳态热阻；fsw为开关频率；uce为导通压降数值；hd为器件结温；ha为环境温度；il为电压源型变流器输出电流的幅值。

50、作为优选的，所述功率调节数列包括：有功功率调节数列和无功功率调节数列；

51、所述有功功率调节数列中各个数值由首个数值依次递减；

52、所述无功功率调节数列中各个数值由首个数值依次递增。

53、作为优选的，所述有功功率调节数列中首个数值和所述无功功率调节数列中首个数值均为1。

54、作为优选的，所述电压调制模块基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到电压调制信号，包括：

55、基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到双环控制参考值；

56、基于双环控制参考值，通过闭环调节得到电压调制信号。

57、作为优选的，所述电压调制模块基于双环控制参考值，通过闭环调节得到电压调制信号，包括：

58、基于双环控制参考值，结合电压源型变流器输出电压进行闭环调节，得到电压源型变流器控制电流；

59、基于电压源型变流器控制电流，结合电压源型变流器输出电流进行闭环调节，得到电压调制信号。

60、作为优选的，所述电压调制模块中的双环控制参考值，通过以下计算式进行计算：

61、

62、式中，udref为双环控制参考值的电压有功分量；uqref为双环控制参考值的电压无功分量；s为拉普拉斯算子；kpow_pp为有功功率环比例项；kpow_pi为有功功率积分项系数；kpow_qp为无功功率环比例项；kpow_qi为无功功率积分项系数；pref为电压源型变流器输出功率的有功功率参考值；qref为电压源型变流器输出功率的无功功率参考值；pe为电压源型变流器输出功率的有功功率的实际值；qe为电压源型变流器输出功率的无功功率的实际值。

63、基于同一发明构思，本发明专利申请又提出了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；

64、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现上述的一种电压源型变流器梯度控制方法。

65、基于同一发明构思，本发明专利申请再提出了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述的一种电压源型变流器梯度控制方法。

66、与最接近的现有技术相比，本发明专利申请具有的有益效果如下：

67、本发明专利申请提供了一种电压源型变流器梯度控制方法、系统、设备及介质，基于电压源型变流器的输出电流，确定当前的功率调节系数；基于功率调节系数，计算电压源型变流器输出功率的参考值与实际值之间的差值，通过闭环调节得到电压调制信号；将电压调制信号和电压源型变流器输出电压的载波信号进行比较，得到电压源型变流器中功率器件的触发信号并触发电压源型变流器中功率器件；所述功率调节系数从功率调节数列中选取，所述功率调节数列为具有设定梯度规律的多个数值的排列，本发明专利申请考虑了电压源型变流器中的功率器件的过载特性，通过电压源型变流器的实际输出确定梯度的功率调节系数对电压源型变流器的电压进行调制，从而控制电压源型变流器，使得电压源型变流器可以快速抑制故障瞬间的暂态过电流，进而为电网提供无功电压支撑，提高了高比例新能源接入弱电网的大干扰稳定性。