新型电力系统构网控制及宽频振荡抑制技术

1. 痛点问题

随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电力电子变流器在电力系统中的应用也越来越广泛。依据并网同步方式的不同，变流器控制结构主要分为跟网控制和构网控制两类。跟网控制依赖锁相环跟踪电网电压相位，因此在强电网中具有良好的稳定性，但在弱电网中存在宽频振荡失稳风险。构网控制依赖同步环节自行建立电压，因此能够在弱电网中稳定性较好；但在连接至强电网时易宽频振荡失稳。外部电网运行工况改变可能导致电网强度的大幅波动，然而两类控制结构均无法在该条件下保持振荡稳定运行。

为提升变流器在不同电网条件下的稳定性，现有研究尝试从两个角度解决这一问题。1）融合控制策略：结合跟、构网控制优势，提出兼具跟网和构网控制能力的融合控制策略，如双模式切换控制、混合同步控制和跟并联控制。然而，现有融合控制变流器的跟网或构网特性占比是固定的，无法依据外部电网工况自适应调整，难以适应复杂多变的外部电网工况。2）附加振荡抑制装置：根据变流器振荡电压、电流调整抑制装置输出，进而抑制振荡。然而，现有装置大多为定制化设计，仅能够有效抑制特定频率的振荡，难以应对“振荡频率时变”这一挑战。

2. 解决方案

本成果分别从融合控制策略、附加振荡抑制装置两个角度解决了传统跟、构网新能源机组的宽频振荡问题。

1）构网及跟网自适应融合控制装置、方法、设备及存储介质：首先，根据电网电压、电流辨识电网短路比，进而自适应调整跟网和构网融合系数；然后，通过融合同步环节生成虚拟相角，同时利用派克变换、功率/电压求解获取电压（电流）的dq轴分量、有功、无功和电压有效值；之后，通过外环控制生成电流d、q轴分量参考值；最后，通过内环控制、反派克变换和PWM生成变流器开关信号。

2）风电场次同步谐振抑制方法及系统：首先，对风电场线路的电压信号和风电场线路的电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号；之后，根据次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感，得到风电场闭环传递函数；最后，根据次同步抑制系统向电网实际输出电流信号，通过优化参数使得闭环传递函数不同零点下的衰减率最优。

预期形成的产品包括构网及跟网自适应融合控制装置、风电场次同步谐振抑制系统。

图1 构网及跟网自适应融合控制装置的逻辑架构示意图

图2 风电场次同步谐振抑制系统