本技术涉及一种变流器惯性控制技术领域,是一种基于锁频环的并网变流器虚拟惯性控制装置、方法,包括虚拟惯性控制模块中引入三相锁频环和频率控制器,根据电网的频率变化得到d‑q轴的有功电流参考值和d‑q轴的无功电流参考值;电流环中引入改进的MPC算法,根据d‑q轴的有功电流参考值和d‑q轴的无功电流参考值,预测未来的电流轨迹,生成电压控制信号;PWM模块通过脉宽调制将电压控制信号转换为开关控制信号,并输出至并网变流器。本发明将感应电网频率变化与功率参考信号的有机结合,解决了传统锁相环结构在弱电网条件下的频率不稳定性问题,同时解决了单相锁频器存在大量纹波并对系统的惯性响应产生负面影响的问题。
背景技术
由于全球能源问题愈发严重,分布式发电技术得到各国的广泛关注。以可再生能源为核心的新能源具有无污染、广泛分布和资源丰富的特点,具有诸多优势和广阔的市场前景。然而一个迫切需要关注的问题是,可再生能源通常通过电力电子变换器连接到电力系统中,不提供任何电力系统惯性,随着可再生能源的渗透率不断提高,传统同步发电机产生的惯性显著降低。由此将带来两个挑战,第一个是不断增加的频率变化率(Rate ofChange of Frequency,RoCoF),使发电机组容易发生保护性脱扣;另一个是严重频率事件期间的大频率偏移。过度的频率偏离可能导致不希望的负载脱落、级联故障,甚至大规模停电。
为了解决惯性不足的问题,一种直接的解决方案是利用电容器中储存的能量进行惯性仿真。电容器电压将随电网频率变化而变化以产生所需的惯量,采用这种方法可以避免检测频率导数,然而,它仅适用于直流链路上采用电容且直流侧电压可调节的功率变换器。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术通过模拟同步发电机的转子惯性和下垂特性,为微电网提供频率和电压支持,是广泛应用于分布式电源并网的控制方法。VSG不仅可以补偿系统的等效惯性,还可以减轻微电网的频率调节压力。然而,VSG并不会很大程度上增加电力系统的惯性,并且嵌入的虚拟惯性可能会引入低频有功振荡,进而影响系统的稳定性,并增加功率电子转换器损坏的风险。还有一种惯性仿真的方式是广义下垂控制,它通过在有功控制环路中添加低通滤波器来实现惯性,同样,但在不同类型的干扰下,它仍然存在其他稳定性问题。
为了保持或提高整个系统的频率稳定性,必须对电力电子变流器的控制进行修改,以适应系统的惯性。现有技术中,所采用的惯性控制方法是采用检测频率微分的虚拟惯量控制策略,即提出基于锁相环(PLL)控制的虚拟惯量控制策略,实现了系统的惯性增强,然而,微分算子会不可避免地引入高频噪声,加入一阶低通滤波器缓解的同时又会影响虚拟惯量的响应速度,之后提出了基于二阶广义积分器单相锁频环(SOGI-FLL)检测频率微分并调节有功参考值以实现虚拟惯量增强的方法,该方法无需进行频率微分计算,但存在大量纹波并对系统的惯性响应产生负面影响。
实现思路