本技术属于并网功率控制技术领域,其目的在于提供一种MMC并网功率控制方法。本发明通过在电流内环中引入具有线性阻尼的无源的电流内环控制器,加速了能量耗散,提高了系统的动态响应性能与调节速度,能有效抑制电流谐波,并增强系统的稳定性;同时,本实施例还在功率外环引入含arctan函数的自适应转动惯量补偿机制以及自适应阻尼补偿机制的自适应功率外环控制器,以此有效地抑制了自适应控制中转动惯量变化率,进而抑制系统的暂态振荡,进一步提升MMC并网系统的动态响应性能与暂态稳定性。
背景技术
随着新能源技术的快速发展,分布式电源、储能元件与交直流负荷大规模接入电网,使得电网能量交互变得更加频繁,为实现电网系统中“源-网-荷-储”的协调运行,电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)的研究与应用日益广泛。PET结构灵活多变、分布式电源接入灵活、能实现能量双向传输,并且具备电压骤降补偿、瞬时电压调节和功率因数校正等能力,目前广泛应用于新型电力系统中。
PET涉及较多的交直流变换,常见的换流器拓扑有两电平、三电平、级联H桥和模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)。其中,MMC在高压应用中不需要多个开关器件串联,具有一定的冗余机制;在网侧功率与电压波动时,通过调整子模块运行数目实现功率和电压等级的灵活切换,避免了传统换流器为增加功率和电压等级,引入多绕组移相变压器所带来的环流较大、发热量大和成本较高等问题。
但是,在使用现有技术过程中,发明人发现现有技术中至少存在如下问题:
现有的MMC在弱电网下缺乏阻尼惯性,动态性能较差。具体地,弱电网下大量的分布式电源、储能元件与交直流负荷接入电网,易使电网侧的负载和电压发生波动,传统的MMC控制方法缺乏足够的惯量支撑,导致电能质量和系统稳定性降低。国内外学者针对上述问题已开展较多研究。
在电流控制方面,文献[1]从非线性系统的角度出发,引入系统能量平衡原理,用无源控制代替了传统的PI(Proportional Integral,比例积分)控制,提高了系统应对电网电压不配合能力,但其未考虑网侧负载突变引发的功率波动与频率振荡问题。文献[2]将反馈线性化控制和滑模控制相结合,优化电流内环控制结构,使MMC拥有更好的动态性能和稳定性,但未涉一次调频性能的优化。文献[3]在MMC的电流内环引入了一种改进指数收敛律的滑动模态控制器,使系统惯性参数的选取更加灵活,提高了动态响应性能,降低了直流电压偏差,但其计算较复杂,控制参数整定较为困难。
在功率控制方面,文献[4]在MMC的功率外环控制器引入VSG(VirtualSynchronous Generators,虚拟同步机)控制器,为传统MMC的稳定运行提供了电压与频率支撑,一定程度上增强了系统的抗扰能力。文献[5]通过分析阻尼特性,引入附加虚拟阻抗减小系统的阻尼系数,提升VSG的阻尼特性。文献[6]在VSG控制中引入了基于内模控制的滑模控制器,能在系统发生负荷突变故障时抑制系统产生的电流、功率冲击,提高了系统的健壮性,但其控制系统阻尼系数与转动惯量恒定,牺牲了一定的动态响应性能。文献[7]在MMC控制中引入基于模糊控制算法的VSG控制策略,优化了系统的频率调节与传输功率平衡性能,但其控制算法较为复杂,难以在实际中广泛应用。
综上所述,以上现有技术通过控制系统的改进,提升了系统的动态响应能力,但缺乏同时考虑电流内环控制与外环控制的研究,而MMC的内、外环控制都会影响MMC的动态性能。
实现思路