[发明专利]一种考虑有功与无功耦合特性的调频控制方法和调频控制器

说明书

本发明公开了一种考虑有功与无功耦合特性的调频控制方法和调频控制器，其中调频控制方法为：首先通过检测并网变换器输出端的LC滤波器端口电压的频率来获得电力系统的实际频率，以获得相对于频率参考值的频率偏差；然后，在端电压控制模块之前，通过增加附加频率控制模块，以频率偏差为输入进行惯性控制和一次调频控制，其得到的结果将直接对端电压幅值参考值进行修正，进而通过端电压控制模块实现对并网变换器端电压幅值的调整。本发明可改变并网变换器输出或吸收的有功功率，使并网变换器具备抗频率扰动的能力。

技术领域

本发明涉及电力系统频率动态稳定分析，具体是指一种应用于并网变换器中并考虑有功与无功耦合特性的调频控制方法和调频控制器。

背景技术

随着风电/光伏的大规模并网、高压直流输电工程的投运，电力系统的电源结构经历了巨大变化，电源的快速调频能力不足；此外，产业结构的调整使得居民用电负荷比重上升，负荷的短期变化加剧。结果导致现有受端电网的调频能力已难以满足源-网-荷特性变化带来的要求。另一方面，具备大规模传统直流送电的受端电网中，以常规电容器为主的无功补偿设备调压特性差，缺乏动态无功支撑能力是受端电网面临的巨大挑战。电池储能作为电能存储的重要方式，具有功率和能量可根据不同应用需求灵活配置，响应速度快，不受地理资源等外部条件限制的优点，因此，有必要提出一种可应用于电池储能电站的并网变换器的频率控制方法和控制器，以优化电池储能电站的动态特性，从而有效辅助电力系统进行快速调频、调压。

发明内容

针对现有技术中受端电网存在的无功补偿设备调压特征差、缺乏动态无功支撑能力的技术问题，本发明针对系统中有功、无功功率的耦合特性，提出了一种应用于电池储能电站并网变换器的调频控制方法和相应的调频控制器，提高受端电网的频率调节能力和运行的灵活性。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑有功与无功耦合特性的调频控制方法，包括以下步骤：

步骤1，实时采集电力系统的实际频率、实际端电压幅值、并网变换器输出的三相电流以及LC滤波器输出的三相电压；其中，端电压是指并网变换器经LC滤波器输出至电力系统的电压；

步骤2，将电力系统的实际频率与频率参考值作差，得到电力系统的频率偏差；

步骤3，将电力系统的频率偏差分别输入至惯性控制单元和一次调频控制单元，分别得到惯性控制下的端电压幅值参考值和一次调频控制下的端电压幅值参考值；

步骤4，将惯性控制下的端电压幅值参考值和一次调频控制下的端电压幅值参考值，与端电压幅值参考值叠加计算，得到新的端电压幅值参考值；

步骤5，将步骤4得到的新的端电压幅值参考值，与电力系统的实际端电压幅值进行作差计算，并将差值输入至端电压PI控制器，得到无功功率控制参考电流；

步骤6，获取有功功率控制参考电流，并根据有功功率控制参考电流、并网变换器输出的三相电流、LC滤波器输出的三相电压以及步骤5得到的无功功率控制参考电流，计算得到PWM信号；

步骤7，使用PWM信号控制并网变换器输出的端电压，使电力系统的实际端电压幅值维持在预定范围内。

进一步地，惯性控制单元根据电力系统的频率偏差获得惯性控制下的端电压幅值参考值的惯性控制式为：

式中，U_in,ref为惯性控制下的端电压幅值参考值，K_in为惯性控制的比例系数，T_in为惯性控制的时间常数，Δf为电力系统的频率偏差。

进一步地，一次调频控制单元根据电力系统的频率偏差获得一次调频控制下的端电压幅值参考值的一次调频控制式为：