本发明涉及一种弱送端新能源外送系统控制，尤其涉及具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法及系统。
背景技术：
1、近年来，电力电子技术的快速进步已极大促进了多样化交直流新能源发电设备与电子负载的灵活接入，这大大提高了人们对交流和直流网络互连应用的兴趣。其中，并网变流器作为交直流电能变换的枢纽，对优化并网变流器控制性能的研究非常重要。
2、随着分布式发电资源的增长及其在配电网中的集成，尤其是太阳能和风能这类可再生能源，对于确保电力系统稳定性和可靠性的需求更加迫切。高度依赖可再生能源的电网在面临波动性和不确定性时，对频率响应和调压机制的需求也随之增加。在这种背景下，尤其考虑到边缘电网节点(或称为弱送端)可能面临的挑战，如频率与电压波动的敏感性，需要通过高效的控制策略来保证其稳定性。
3、传统的并网变流器设计专注于能量的高效转换，但在弱电网条件下，它们往往缺乏足够的支撑性。因此，发展一种既能提供必要的电压调节，又具备频率响应能力，特别是在弱送端系统中操作的变流器控制方法显得尤为关键。这种方法能够保证即使在能量输入不稳定的情况下，也能稳定电网运行，支持频率和电压的稳定，从而提升整个电力系统的韧性和可靠性。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术中存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，包括：交流侧获取并网变流器公共并网点处的三相电压vpcc以及经lcl滤波器后的三相输出电流ipcc，通过功率计算环节计算得到有功功率pe；获取交流侧经lf1滤波后的三相输出电流iabc和三相输出电压vabc；
4、虚拟同步控制系统，通过模拟同步发电机摇摆方程，设定有功功率pref与并网点处pe作差经虚拟同步控制得到控制电压相角参考值θ；
5、电压下垂控制系统，通过额定交流侧相电压有效值un与实际相电压有效值ug作差，经过虚拟电阻比例增益kd，再经过旁路控制模块，得到控制电压幅值参考值e和相角θfw，其中虚拟同步机的电压幅值参考值为e，而相角为θ+θfw；
6、控制电压参考值e*由电压下垂控制系统以及虚拟同步控制系统两部分合成得到，并经过定子阻抗子系统后得到比例谐振电流控制器所需的电流指令值i*；
7、通过比例谐振电流控制器后得到pwm调制电压控制信号，随后通过lcl滤波器滤去高次谐波以实现并网控制。
8、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的一种优选方案，其中：所述虚拟同步控制系统由三部分组成，调节变流器输出电流的比例谐振电流控制器，模拟虚拟同步机阻性和感性定子阻抗的定子阻抗子系统，模拟虚拟同步机摇摆方程的惯性仿真子系统。
9、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的一种优选方案，其中：所述比例谐振电流控制器包括，将定子阻抗子系统产生的i*与交流侧电流i经过第三反相加法器作用后，通过比例谐振控制器，得到pwm调制电压控制信号。
10、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的一种优选方案，其中：所述定子阻抗子系统表示为，
11、
12、其中，e*为虚拟定子绕组的感应电动势参考值，r为虚拟定子电阻，l为虚拟定子电感，vabc为交流侧经lcl滤波后的三相输出电压,i*为比例谐振电流控制器电流指令值；
13、第五反相加法器的两个输入端口分别为虚拟定子绕组的感应电动势参考值e*与经lf1滤波后的三相输出电压vabc，第四反相加法器的两个输入端口为第五反相加法器的输出信号以及比例谐振电流控制器电流指令值i*经过第二比例环节作用后的信号，第四反相加法器的输出信号通过第二积分环节得到比例谐振电流控制器电流指令值i*。
14、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的一种优选方案，其中：所述惯性仿真子系统表示为，
15、
16、其中，ω、ω0分别为虚拟机转子角速度及额定值，j为转动惯量，d为阻尼系数，p*是虚拟机械输入功率，作为变流器通过输出端子提供的有功功率pe的设定值；
17、第六反相加法器的输入端子分别为虚拟机械输入功率pref与公共并网点pcc处的实际有功功率pe，所得信号经过第一惯性环节后得到虚拟机转子角速度ω，再通过第一积分环节得到交流侧功率控制下的并网变流器电压相角参考值θ。
18、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的一种优选方案，其中：所述电压下垂控制系统包括一个外部电压控制回路，一个比例环节，级联到模拟惯性能力的内控制回路，调节变换器输出端的有功功率，并得到控制电压幅值参考值e和相角参考值θfw；
19、第一反相加法器的两个输入端子分别为交流侧相电压有效值ug和交流侧额定相电压有效值un，第一反相加法器的输出信号经过第一比例环节作用后得到功率信号，功率与设定有功功率pref经过第二反相加法器作用，得到旁路控制单元所需的有功功率参考值p*；
20、旁路控制单元以无功功率设定值和有功功率的设定值为输入，返回电压幅值e和相位θ作为内部虚拟阻抗控制回路的设定值，实现变换器输出端产生的有功功率和无功功率的期望值，电压下垂控制系统中包含的旁路控制单元与模拟惯性的功率同步环路并联工作。
21、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的一种优选方案，其中：所述压下垂控制系统中包含的旁路控制单元与模拟惯性的功率同步环路并联工作，表示为：
22、
23、其中，x、r分别为lf1的电抗和内阻，p*为有功功率输出，q*为无功功率输出，ug是经lf1滤波后的相电压有效值，电压幅值e和相位θ作为旁路控制单元返回的设定值。
24、本发明的另外一个目的是提供具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制系统，通过交流侧电压及电流获取模块，系统能够实时获取并网点处的三相电压以及经lcl滤波器后的三相输出电流，确保了系统监测的准确性，为后续的功率计算和控制提供可靠的数据基础，提高系统的稳定性和响应速度。虚拟同步控制模块通过模拟同步发电机的摇摆方程，设定有功功率与并网点处的差值并进行虚拟同步控制，有效提高了并网系统的动态响应能力，增强系统对频率和电压波动的抵抗能力，实现更稳定的并网运行。电压下垂控制模块通过对比额定交流侧相电压有效值与实际相电压有效值，并经过虚拟电阻比例增益处理，调整并网系统的电压幅值和相角，提供更精准的电压控制，进而提高电能质量。电流指令生成模块将控制电压参考值通过电压下垂控制系统和虚拟同步控制系统合成，并经过定子阻抗子系统，生成比例谐振电流控制器所需的电流指令值，有效提高了电流控制的精确度，确保系统输出电流的稳定和可靠。pwm调制及lcl滤波控制模块通过比例谐振电流控制器得到pwm调制电压控制信号，并经过lcl滤波器滤去高次谐波，实现并网控制，能够有效减少谐波干扰，提升电能质量，同时确保并网操作的平稳和高效。
25、作为本发明所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制系统的一种优选方案，其中：包括，交流侧电压及电流获取模块、虚拟同步控制模块、电压下垂控制模块、电流指令生成模块、pwm调制及lcl滤波控制模块；
26、所述交流侧电压及电流获取模块，交流侧获取并网变流器公共并网点处的三相电压vpcc以及经lcl滤波器后的三相输出电流ipcc，通过功率计算环节计算得到有功功率pe；获取交流侧经lf1滤波后的三相输出电流iabc和三相输出电压vabc；
27、所述虚拟同步控制模块，虚拟同步控制系统，通过模拟同步发电机摇摆方程，设定有功功率pref与并网点处pe作差经虚拟同步控制得到控制电压相角参考值θ；
28、所述电压下垂控制模块，电压下垂控制系统，通过额定交流侧相电压有效值un与实际相电压有效值ug作差，经过虚拟电阻比例增益kd，再经过旁路控制模块，得到控制电压幅值参考值e和相角θfw，其中虚拟同步机的电压幅值参考值为e，而相角为θ+θfw；
29、所述电流指令生成模块，控制电压参考值e*由电压下垂控制系统以及虚拟同步控制系统两部分合成得到，并经过定子阻抗子系统后得到比例谐振电流控制器所需的电流指令值i*；
30、所述pwm调制及lcl滤波控制模块，通过比例谐振电流控制器后得到pwm调制电压控制信号，随后通过lcl滤波器滤去高次谐波以实现并网控制。
31、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法中任一项所述的方法的步骤。
32、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法中任一项所述的方法的步骤。
33、本发明的有益效果：与传统的虚拟同步控制方案相比，本发明允许作为虚拟同步控制运行的功率转换器表现出不同的动态性能，同时具备惯性模拟能力和交流稳压能力。
1.具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：所述虚拟同步控制系统由三部分组成，调节变流器输出电流的比例谐振电流控制器，模拟虚拟同步机阻性和感性定子阻抗的定子阻抗子系统，模拟虚拟同步机摇摆方程的惯性仿真子系统。
3.如权利要求2所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：所述比例谐振电流控制器包括，将定子阻抗子系统产生的i*与交流侧电流i经过第三反相加法器作用后，通过比例谐振控制器，得到pwm调制电压控制信号。
4.如权利要求3所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：所述定子阻抗子系统表示为，
5.如权利要求4所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：所述惯性仿真子系统表示为，
6.如权利要求5所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：所述电压下垂控制系统包括一个外部电压控制回路，一个比例环节，级联到模拟惯性能力的内控制回路，调节变换器输出端的有功功率，并得到控制电压幅值参考值e和相角参考值θfw；
7.如权利要求6所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法，其特征在于：所述压下垂控制系统中包含的旁路控制单元与模拟惯性的功率同步环路并联工作，表示为：
8.一种基于权利要求1-7任一所述的具备调压能力和频率响应的弱送端变流器控制方法的系统，其特征在于：包括，交流侧电压及电流获取模块、虚拟同步控制模块、电压下垂控制模块、电流指令生成模块、pwm调制及lcl滤波控制模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
