基于RTDS的VSC控制参数分环拟合方法

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19079

摘要/Abstract

摘要：

电压源换流器（voltage source controller，VSC）作为风电、光伏及换流站等设备的主要电力电子元器件，其控制方式和参数整定对系统运行有着重要的影响。基于实时数字仿真仪（real time digital simulator，RTDS）半实物仿真和纯数字仿真，提出一种用于拟合实际VSC控制模型参数的方法。以典型VSC并网系统模型为例，首先，借鉴锁相环原理提出一种具有自适应性观测坐标系建立方法，用于对比拟合2种仿真模型的阶跃响应；其次，分别给出了VSC锁相环、电流内环和电压外环的拟合方法，其中在电流内环控制参数拟合过程中，利用观测坐标系在控制器锁相环输出角度未知时实现电流阶跃；最后，通过不同控制环节模型参数拟合时的仿真对比分析，证明了所提方法的有效性。

关键词: 电压源换流器(VSC), 参数拟合, 自适应观测坐标系, 锁相环(PLL)

Abstract:

Voltage source converter (VSC) is the main power electronic components of wind power, photovoltaic and converter stations. It's control mode and parameter setting have important influence on system operation. Based on real time digital simulator (RTDS) hardware-in-loop simulation and digital simulation, a new method of parameter fitting applied to characterize physical VSC was proposed. Taking a typical single VSC grid connected system model as an example, firstly, based on the principle of phase-locked loop (PLL), an adaptive observation coordinate system was proposed to compare and fit the step response of two simulation models. Then the fitting methods of PLL, current inner loop and DC voltage outer loop in VSC control system were introduced separately. Self-adaptive observational coordinate system was used in the process of current inner loop parameter fitting. Finally, the efficiency of the proposed method was verified by the comparative analysis of simulations.

Key words: voltage source controller (VSC), parameter fitting, self-adaptive observation coordinate system, phase-locked loop (PLL)

中图分类号:

TK01
TM461

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图/表 17

图1 VSC并网系统一次接线图

Fig.1 Primary diagram of grid-connected system

图2 VSC参数拟合仿真模型一次结构图

Fig.2 Primary diagram of VSC Parameter Fitting Simulation Model

图3 三相同步旋转参考坐标系锁相环

Fig.3 Three-phase SRF-PLL

图4 SRF-PLL空间矢量图

Fig.4 Space vector map of SRF-PLL

图5 PLL模型图

Fig.5 PLL model diagram

图6 观测轴模型结构图

Fig.6 Simulation model diagram of observation axis

图7 电流内环解耦控制模型

Fig.7 Decoupling control model of current inner loop

图8 生成电流阶跃扰动信号模型图

Fig.8 Model diagram of generating stepped disturbance signal

图9 电流扰动信号的介入方式

Fig.9 Intervention mode of current disturbance signal

图10 电流扰动阶跃响应的观测量

Fig.10 Measurement of step response of current disturbance

图11 直流电压外环控制模型图

Fig.11 Model diagram of DC voltage outer control loop

表1 锁相环参数拟合试验方案

Tab. 1 PPL parameter fitting test scheme

模型参数结构	阶跃试验
直流侧用恒电压源等效，正负电压幅值为0.560 8 kV	等值交流电压源幅值上下10%阶跃
交流侧系统电感为5.43×10^-5 H	等值交流电压源幅值上下10%阶跃

图12 等值交流电压源幅值10%上阶跃仿真结果对比

Fig.12 Comparison of simulation results when equivalent AC voltage resource amplitude gets 10% upper step

表2 电流环参数拟合试验方案

Tab. 2 Current loop parameter fitting test scheme

模型参数结构	阶跃试验
直流侧用恒电压源等效，正负电压幅值为0.560 8 kV	I_q由0到?0.2下阶跃
交流侧系统电感为5.43×10^-5 H
利用观测轴坐标系引入电流阶跃偏差量

图13 Iq由0到-0.2下阶跃仿真结果对比

Fig.13 Comparison of simulation results when Iq turns to-0.2 from 0

表3 电压外环参数拟合试验方案

Tab. 3 Voltage loop parameter fitting test scheme

模型参数结构	阶跃试验
直流侧用电流源(电压源串联大电阻的形式)等效	直流侧电流I_dc由0到0.3阶跃
交流侧系统电感为5.43×10^-5 H	直流侧电流I_dc由0到0.3阶跃

图14 直流侧电流由0到0.3阶跃仿真结果对比

Fig.14 Comparison of simulation results when Idc turns to 0.3 from 0

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