本发明针对新能源发电系统通过多台单相变流器并联接入铁路牵引供电系统的结构，提出一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法。
背景技术：
1、在双碳目标下，新能源发电逐步规模化接入电气化铁路牵引供电系统是发展大势。电气化铁路牵引供电系统采用单相交流27.5kv供电方式，因此，新能源发电单元经单相dc/ac变流器和升压变压器接入牵引供电系统较为适配，也是未来新能源发电接入铁路牵引供电系统的主要方式之一。机车牵引功率大，需采用大功率变流器。目前基于mmc拓扑结构和基于背靠背结构的四象限变流器在大功率变流器应用较为广泛，而mmc结构相较于背靠背结构成本较高，且控制复杂，因此采用基于背靠背结构的四象限变流器并联更具有优势。然而，高比例的新能源发电通过变流器接入电网，会导致电网的惯性和阻尼降低，电网频率和电压波动的问题也变得严重；尤其在电网强度弱的偏远地区，电网电压易受随机波动性强的机车负荷影响，间歇性的新能源发电也会导致直流侧母线电压波动，对系统的稳定性提出了一定的挑战。
2、对于直流侧母线电压的稳定控制，常规构网方法是在直流母线侧并联储能系统，由储能系统实现直流母线电压补偿，然而储能装置长期连接于电路中频繁通断运行会降低储能的使用寿命。传统的跟网型变流器采用直流电压外环以稳定直流母线电压，其跟随电网电压并调节注入电网的电流，跟网型变流器是电流源特性，无法提供足够的无功支撑，交流电压和频率的稳定性差。而后构网控制的概念被提出，主要的控制方式有：下垂控制、虚拟同步机控制、虚拟振荡器控制等。构网控制能够提供与传统同步发电机类似的惯量响应与阻尼，交流电压和频率的稳定性提高。
3、然而，一直以来的构网控制研究大多聚焦于三相变流器，缺乏对于单相变流器的构网控制的研究，且现有的构网控制均将直流侧考虑为理想的电压源，无法做到同时兼顾交流侧和直流侧的电压稳定。
技术实现思路
1、本发明针对新能源发电系统通过多台单相变流器并联接入铁路牵引供电系统的结构，提出一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，可同时实现交流侧和直流侧的电压稳定控制。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，针对新能源发电系统通过多台并联的构网型单相变流器逆变后接入铁路牵引供电系统的结构进行构网控制；
4、单相变流器的控制策略分为直流母线电压控制策略和功率下垂控制策略，两种控制策略的内环控制共用dq同步旋转坐标系下的同一个电流控制环，电流控制环采用比例-积分控制；直流母线电压控制策略的外环采用直流电压控制环，功率下垂控制策略的外环采用下垂控制+交流电压控制环，直流电压控制环采用下垂控制，单相变流器的外环控制在直流电压控制环与下垂控制+交流电压控制环之间切换；同步环由锁相环和功率同步环组合而成，通过控制同步环的自适应系数取值，以此确定同步环具体是由锁相环和功率同步环中的哪一个同步；多台并联的单相变流器中，将其中的一部分单相变流器采用功率下垂控制策略，剩余的单相变流器采用直流母线电压控制策略，根据对交流侧和直流侧母线电压的实时监测结果，动态调整两种控制策略下的单相变流器分配数量。
5、进一步，所述单相变流器采用背靠背结构的单相四象限变流器。
6、进一步，所述同步环中输出的相位角θi的表达式如下：
7、
8、上式中，pi*和pi分别为逆变单元cui的有功功率的指令值和实际值，upcc.qi为cui的公共耦合点的q轴电压分量，ω0是电网标称角频率，kpll、kp和ma分别为锁相环比例系数、功率同步控制下垂系数和同步环自适应系数，s为积分算子，ma的取值为0或1。
9、进一步，所述直流电压控制环的表达式如下：
10、
11、上式中，和vdc分别为直流母线电压的指令值和实际值，kvdc为直流电压控制环的下垂系数，和分别为电流控制环的d、q轴指令值。
12、进一步，所述下垂控制+交流电压控制环的表达式如下：
13、
14、上式中，和qi分别为逆变单元cui的无功功率的指令值和实际值，为cui的公共耦合点d轴分量的指令值，kq为无功下垂环的下垂系数，upcc.di和upcc.qi分别为cui的公共耦合点电压的d、q轴分量，kpv和kiv分别为交流电压控制环的比例系数和积分系数，和分别为电流控制环的d、q轴指令值，s为积分算子。
15、进一步，所述电流控制环的表达式如下：
16、
17、上式中，kpc和kic分别为电流控制环的比例系数和积分系数，和分别为逆变单元cui端口电压指令值的d、q轴分量，upcc.di和upcc.qi分别为cui的公共耦合点电压的d、q轴分量，idi和iqi分别为cui输出电流的d、q轴分量，和分别为电流控制环的d、q轴指令值，lf为cui的滤波电感，ω为电网角频率，s为积分算子。
18、进一步，初始状态下，工作于功率下垂控制策略和直流母线电压控制策略下的单相变流器的数量设置相同。
19、进一步，动态调整两种控制策略下的单相变流器分配数量时，若监测到交流侧母线电压波动比直流侧母线电压波动明显时，将原本处于直流母线电压控制策略下的单相变流器中的一部分划分到功率下垂控制策略下，反之，若监测到直流侧母线电压波动比交流侧母线电压波动明显时，将原本处于功率下垂控制策略下的单相变流器中的一部分划分到直流母线电压控制策略下。
20、进一步，对于每台单相变流器处于直流电压控制环与下垂控制+交流电压控制环之间的切换控制，是通过对直流侧母线电压vdc以及每个单相变流器的端口电压uo的监测结果的判断来实现，具体方式如下：
21、(1)若vdc和单相变流器的uo均在允许范围内，则该单相变流器的外环控制无需切换；
22、(2)若vdc在允许范围内，单相变流器的uo不在允许范围内，则将该单相变流器从原本的直流电压控制环控制切换到下垂控制+交流电压控制环控制；
23、(3)若vdc不在允许范围内，单相变流器的uo在允许范围内，则将该单相变流器从原本的下垂控制+交流电压控制环控制切换到直流电压控制环控制；
24、(4)若vdc和单相变流器的uo均不在允许范围内，则启用新能源发电系统中的储能装置来稳定直流母线电压，并将该单相变流器从原本的直流电压控制环控制切换到下垂控制+交流电压控制环控制。
25、本发明的并联多重化变流器是由n个背靠背单相逆变单元并联组成，在构网控制时，令其中k个逆变单元工作于功率下垂构网控制模式，剩余n-k个逆变单元工作于直流母线电压控制模式，且根据交流侧和直流侧母线电压的波动情况，实时切换外环控制策略，从而实现交流侧和直流侧母线电压的同时稳定。
1.一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，针对新能源发电系统通过多台并联的构网型单相变流器逆变后接入铁路牵引供电系统的结构进行构网控制，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：所述单相变流器采用背靠背结构的单相四象限变流器。
3.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：所述同步环中输出的相位角θi的表达式如下：
4.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：所述直流电压控制环的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：所述下垂控制+交流电压控制环的表达式如下：
6.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：所述电流控制环的表达式如下：
7.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：初始状态下，工作于功率下垂控制策略和直流母线电压控制策略下的单相变流器的数量设置相同。
8.根据权利要求1所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：动态调整两种控制策略下的单相变流器分配数量时，若监测到交流侧母线电压波动比直流侧母线电压波动明显时，将原本处于直流母线电压控制策略下的单相变流器中的一部分划分到功率下垂控制策略下，反之，若监测到直流侧母线电压波动比交流侧母线电压波动明显时，将原本处于功率下垂控制策略下的单相变流器中的一部分划分到直流母线电压控制策略下。
9.根据权利要求8所述的一种并联多重化单相变流器双端构网控制方法，其特征在于：对于每台单相变流器处于直流电压控制环与下垂控制+交流电压控制环之间的切换控制，是通过对直流侧母线电压vdc以及每个单相变流器的端口电压uo的监测结果的判断来实现，具体方式如下：
