[发明专利]一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统

说明书

本发明公开了一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统，在受端换流器控制中，构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性，当受端电网受扰后，受端换流器为控制系统提供惯量支撑；在送端换流器控制中，通过测量送端电压波动与直流电流的波动计算受端交流系统的频率波动；通过模拟同步机的一次调频特性计算受端系统频率偏差调整送端换流器有功功率参考值，在受端电网受扰时，送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑，实现VSC虚拟同步。本发明通过送端换流器和受端换流器之间的协调配合，可有效模拟同步机，在系统受扰时，利用电容储能及送端电网的调频能力为其提供惯量和频率支撑。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展，柔性直流输电技术(voltage sourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)在大规模新能源并网、区域间电网异步互联和无源网络送电等领域中的得到广泛运用。相比于传统直流输电，VSC-HVDC具有无需大容量无功补偿占地面积小、无换相失败问题、实现有功无功解耦等优良特性。基于VSC-HVDC的异步互联电网中，受端换流器(receiving side-VSC，RS-VSC)主要通过直流电压控制保证有功功率的传输，通过无功功率控制调整与受端电网交换的无功。该控制策略主要依赖于锁相环(phase lock loop,PLL)跟踪的电网电压定向矢量控制。

然而，传统的VSC-HVDC阻断了送端和受端交流系统之间的联系，使得受端电网的“等效惯量”不断降低。在受端电网发生扰动后，由于VSC-HVDC的有效解耦，送端系统无法响应其扰动，无法提供有效的惯量支撑，导致受端电网的暂态期间频率偏差斜率(rate ofchange of frequency，ROCOF)增大，严重影响系统稳定运行。另一方面，随着基于换流器的新能源在交流电网中渗透率的不断增大，受端电网的短路比(short circuit ratio，SCR)逐渐降低，电网逐渐变薄弱。研究表明，在弱电网场景下，锁相环的动态过程会影响控制系统的稳定性；极端工况下，锁相环会为控制系统引入负阻尼，从而造成换流器的次同步振荡现象。因此，在上述场景中，传统基于锁相环的VSC-HVDC异步联网控制策略并不适用，亟需研究适应于未来能源互联网发展的新型控制策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法及其系统，通过送端换流器和受端换流器之间的协调配合，可有效模拟同步机，在系统受扰时，利用电容储能及送端电网的调频能力为其提供惯量和频率支撑。

本发明采用以下技术方案：

一种区域间电网互联用VSC虚拟同步方法，在受端换流器控制中，构造VSC直流电压与受端系统频率间的下垂特性，当受端电网受扰后，受端换流器为控制系统提供惯量支撑；在送端换流器控制中，通过测量送端电压波动与直流电流的波动计算受端交流系统的频率波动；通过模拟同步机的一次调频特性计算受端系统频率偏差调整送端换流器有功功率参考值，在受端电网受扰时，送端电网不依赖通讯为受端电网提供频率支撑，实现VSC虚拟同步。

具体的，受端换流器控制中，确定受端换流器直流电压V_DC2r和换流器交流线电压有效值V_Cr之间的关系，将调制比设置为恒定值；基于标称值定义，在标幺制下，确定直流电压和换流器交流电压关系；将受端换流器频率和直流电压按下垂关系进行人为耦合；推导RS-VSC的虚拟惯量常数H_C，根据RS-VSC换流器电压相位δ_C的控制律实现受端换流器无需PLL的同步控制。

进一步的，RS-VSC换流器电压相位δ_C的控制律定义如下：