[发明专利]三相并网型换流器的非线性虚拟振荡器控制方法

说明书

一种三相并网型换流器的非线性虚拟振荡器控制方法，首先基于van derpol振荡电路，建立可以描述控制并网型换流器的非线性死区虚拟振荡器数学模型，以其中的电压控制型电流源模块非线性方程为核心，搭建针对三相并网型换流器的虚拟振荡器传递函数模型，然后基于动力学方程分析方法，推导非线性虚拟振荡器的动力学方程以及动态特性，进而构建虚拟振荡器控制的并网换流器的稳定平衡非线性动力学模型，从而推导对照下垂控制参数的虚拟振荡控制器参数，以非线性动力学模型为基础形成的非线性虚拟振荡器控制模型的参数能够直接与传统下垂控制方式参数对应。

技术领域

本发明涉及一种三相换流器的非线性虚拟振荡器控制方法。

背景技术

在“双高”电力系统的背景下，电网中出现越来越多的分布式可再生能源、电动汽车充电桩以及电机变频装置等，这些装置一般需要并网换流器，特别是电压源换流器(voltage source converter，VSC)等电力电子装置接入电网，多并网型换流器的并联才能保障异质能源的安全顺利接入，含多并网型换流器系统的设计关键和控制目标一般有：最大限度地减少换流器之间的通信；在负载变化的情况下保持系统的稳定性和同步性；调节系统电压和频率；确保换流器与其额定值成比例地分担负载。

为了满足上述的设计需求以及控制目标，常用的无通信控制方式是下垂控制(Droop Control)，下垂控制是一种传统的换流器控制方法，它通过模仿同步发电机的稳态特性，分别线性调整换流器端电压的频率和幅值与输出有功功率和无功功率的关系，为了保证控制效果，提升控制质量，下垂控制一般使用平均输出功率值，并采用一阶低通滤波器来消除瞬时功率的谐波分量，但是电源滤波器的使用会限制控制器带宽从而带来不良影响。

近年来，另一种无通信的换流器并联系统的同步控制方法——虚拟振荡器控制(virtual oscillator control，VOC)被提出。与功率下垂控制方法不同，该方法受耦合振荡网络中同步现象的启发，通过利用具有某种物理模型的振荡器振荡产生的正弦波作为调制信号来控制并联系统中并网换流器的输出，使得受控并网换流器在输出端表现出该振荡器模型的物理特性。其中采用的控制模块即虚拟振荡器(virtual oscillator，VO)，对其进行数学建模，可以在实际中用编程实现。虚拟振荡器既有自激振荡功能，也有谐振功能。自然界中的谐振与振荡现象很多，且振荡现象本身就具有能量的调节功能，进一步就有了共振现象发生。受van der pol振荡电路的启发，将虚拟振荡器产生的正弦波提供给逆变器调制参考使用，共振功能将使多个并网型换流器并联自动同步成为可能。

尽管关于VOC的前期研究工作部分的解决了单项逆变器的控制问题，而三相并网型换流器的虚拟振荡器控制对比单相，需进行额外的电压电流变换，传递函数的复杂性也有所增加。针对虚拟振荡器而言，其动态特性的理论分析仍不完善，对虚拟振荡控制器的参数整定而言，与下垂控制的下垂系数产生联系能更进一步方便接下来的研究。故对于如何实现三相并网型换流器的非线性虚拟振荡器控制，仍需进行技术方面的创新。

发明内容

本发明的目的是克服现有方法的缺点，提出一种三相并网型换流器的非线性虚拟振荡器控制方法。本发明三相并网型换流器的非线性虚拟振荡器控制方法能够更好地适应“双高”电力系统，即高新能源渗透和高电力电子化，非线性虚拟振荡器控制可以解决大量新能源入网与传统电源即同步电机在暂态过程中出现失稳的难题，实现“双高”电力系统下的无通信换流器控制。