[发明专利]一种考虑负荷波动的电网频率主动支撑策略

权利要求书

1.一种考虑负荷波动的电网频率主动支撑策略，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集换流器与同步发电机耦合系统中PCC点的电压与换流器的输出电流，通过功率计算模块得到换流器实际输出的有功功率值，作为有功-频率控制环节的反馈；

步骤2：在负荷扰动情况下，将电压源换流器实际输出的有功功率引入含有低通滤波器的下垂控制环节，从而改善电压源换流器在负荷扰动时的功率支撑能力；

步骤3：在加入步骤1和步骤2所述的控制策略后，建立耦合系统数学模型，在负荷扰动情况下得到同步发电机频率变化量与负荷扰动量之间的传递函数G(s)；

步骤4：根据传递函数G(s)在不同下垂控制系数以及滤波器参数下的范数，得到不同参数以及所述控制策略对频率稳定性的影响，进而实现在负荷扰动情况下，电压源换流器主动支撑电网频率。

2.根据权利要求1所述的考虑负荷波动的电网频率主动支撑策略，其特征在于，所述步骤3具体为：

采用带低通滤波器的下垂控制换流器与同步发电机模型中的有功-频率环节对应的耦合系统数学模型为：

其中，m为下垂控制系数，ω_p为低通滤波器截止频率，ΔP₁为电压源换流器实际输出的有功功率变化量，K_f和T_f分别为下垂控制器的比例系数以及时间常数，Δω₁为电压源换流器输出的角频率变化量；s为拉普拉斯算子；

同步发电机采用一阶惯性环节模型模拟发电机输出机械转矩对负荷的响应，其响应特性表示为：

其中，k_p2和T₂分别为同步发电机调速器的比例增益以及时间常数，为发电机实际的角频率标幺值，T_j为发电机的惯量，为发电机输出的机械功率标幺值；为发电机额定角频率的标幺值；P₂^*为发电机输出电磁功率的标幺值；

以S_base为基准功率，式(2)中对应的线性化有名值方程为：

其中，Δω₂为发电机实际角频率变化量；ω_n为额定角频率；S_base为基准功率；ΔP₂为发电机输出电磁功率变化量；

耦合系统中，功率传输基于相位差，电压源换流器和同步发电机输出的有功功率分别表示为：

其中，P₁和P₂分别为电压源换流器和同步发电机输出的有功功率，V₁和V₂分别表示电压源换流器以及同步发电机的端电压，V_pcc为连接负荷母线的电压，X₁和X₂为传输线路电抗，θ₁和θ₂分别为电压源换流器和同步发电机输出电压相位，θ_pcc为负荷母线相位，δ₁为电压源换流器输出电压相对PCC电压的相角差，δ₂为同步发电机输出电压相对PCC电压的相角差；

根据电压源换流器以及同步发电机的控制得到电压源换流器以及同步自身功角与频率的关系表示为：

其中，ω₁和ω₂分别为电压源换流器输出的角频率及发电机实际角频率；ω_pcc为PCC点角频率；

在负荷发生扰动时，电压源换流器以及同步发电机的功率满足：

ΔP₁+ΔP₂＝ΔP_load (6)

其中，ΔP_load为负荷扰动功率；

将所有等式线性化得到所述传递函数G(s)：

式中的系数表示为：

其中，K₁表示电压源换流器输出功率扰动量与功角扰动量之间的转换系数，K₂表示发电机输出功率扰动量与功角扰动量之间的转换系数，且E₁和E₂分别为电压源换流器输出电压幅值及同步发电机输出电压幅值。

3.根据权利要求1所述的考虑负荷波动的电网频率主动支撑策略，其特征在于，所述步骤4中的范数包括无穷范数H_∞和2范数H₂，分别表示为：

其中，σ[G(jω)]表示G(jω)的最大奇异值；ω为输入信号频率；trace(G)表示G的迹。