1.本发明涉及微电网控制技术领域，具体涉及一种电压源型变流器频率控制方法及系统。
背景技术：2.电压源型变流器多作为微电网等供电系统中的主电源，负责维持系统电压及频率稳定或根据功率分配要求进行合理调整，确保供电系统稳定运行。同时，也可作为新能源并网特性检测主设备，可根据标准测试曲线调节自身电压、频率幅值，对新能源并网设备在各类电压、频率情况下的运行特性进行检测评估。频率作为交流系统唯一全局变量与交流信号三要素之一，在各类应用场景下的电压源型变流器控制系统中均为关键控制变量。
3.电压源型变流器频率传统控制方法为恒频恒压控制。该方法通过两个pi控制器分别控制输出电压d轴与q轴幅值，同时通过将参考频率与时间的乘积，作为电压dq逆变换的参考相位，实现对输出电压频率的控制。vf控制能够实现对电压原型变流器输出电压频率的快速、无差控制，但无法根据自身功率输出情况进行自动调节，不利于微网系统内各电源承担负荷大小的分配。
4.为实现各电源根据自身容量合理承担微网负荷，下垂控制与虚拟同步机控制被先后提出。下垂控制仅模拟了同步发电机一次调频下垂特性，能够实现变流器输出电压频率跟随输出有功功率成比例变化，电网中其余电源则可根据电网频率变化情况，根据自身容量自动调节有功出力，共同分担电网负荷。但在电网有功负荷频繁波动时，变流器输出电压频率将一同波动，从而带动电网中其余电源跟随波动，造成电网频率波动幅度加大，严重时会导致电网崩溃。
5.为解决下垂控制存在的频率不稳定问题，虚拟同步机控制在下垂控制的基础上，引入转子运动方程，实现了对同步发电机一次调频与惯性调频特性的全部模拟，电网功率的快速波动在转子运动方程中虚拟转动惯量的作用下得了有效抑制，从而在实现一次调频的同时保证了电网频率的稳定。
6.由于下垂控制与虚拟同步机控制均满足一次调频特性，变流器输出电压频率将由变流器自身输出有功功率决定，无法实现vf控制中的恒定频率控制。
7.为了满足定频控制与一次调频、惯性调频多种运行场景的需求，有学者提出在虚拟同步机控制环节中在一次调频系数旁并联积分环节，共同构成pi控制器，通过对积分环节的投切实现对一次调频与定频控制的切换。由于一次调频系数需要根据设备调频能力确定，无法进行灵活调节，会对定频控制模式下频率调节特性产生影响。
技术实现要素：8.为了解决现有技术中频率控制性能受一次调频系数影响的问题，本发明提出了一种电压源型变流器频率控制方法，包括：
9.基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；
10.将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；
11.基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；
12.其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的。
13.优选的，所述频率控制模型的构建包括：
14.以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道；
15.将所述输入量和获取的参数作为输入，经过所述开断控制信号输出通道，得到所述电压源型变流器的频率控制模式对应的开关管开断控制信号；
16.其中，所述运算电路包括下述中的一个或多个：加法器、减法器、乘法器、除法器、频率控制器、电压控制器、比例放大器和积分器。
17.优选的，所述以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道，包括：
18.当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；
19.由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建恒定频率控制模式对应的开断控制信号输出通道；
20.当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；
21.由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建一次调频控制模式对应的开断控制信号输出通道。
22.优选的，所述当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路，包括：
23.将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；
24.将所述电压偏差输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；
25.将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和0输入乘法器(7)，得到功率偏差值；
26.将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；
27.所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；
28.将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；
29.基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；
30.将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；
31.将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；
32.将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；
33.将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；
34.所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。
35.优选的，所述变流器输出有功功率检测值按下式计算：
36.pe＝vaia+vbib+vcic37.式中，pe为变流器输出有功功率检测值，ia、ib和ic为三相电感电流，va、vb和vc为三相电容电压。
38.优选的，所述当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路，包括：
39.将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；
40.将所述电压偏差值输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；
41.将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和设定的一次调频系数输入乘法器(7)，得到功率偏差值；
42.将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；
43.所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；
44.将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；
45.基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；
46.将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；
47.将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；
48.将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；
49.将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望
值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；
50.所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。
51.优选的，所述基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量，包括：
52.当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，选择0作为输入量；
53.当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，选择一次调频系数作为输入量。
54.基于同一发明构思，本发明还提出了一种电压源型变流器频率控制系统，包括：
55.输入量选择模块，用于基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；
56.模型输出模块，用于将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；
57.开关管控制模块，用于基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；
58.其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的。
59.优选的，还包括用于构建频率控制模型的模型构建模块；
60.所述模型构建模块包括：
61.信号输出通道构建子模块，用于以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道；
62.开断控制信号获取子模块，用于将所述输入量和获取的参数作为输入，经过所述开断控制信号输出通道，得到所述电压源型变流器的频率控制模式对应的开关管开断控制信号；
63.其中，所述运算电路至少包括下述中的一个或多个：加法器、减法器、乘法器、除法器、频率控制器、电压控制器、比例放大器和积分器。
64.优选的，所述信号输出通道构建子模块包括：
65.第一运算电路确定单元，用于当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；
66.第一输出通道构建单元，用于由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建恒定频率控制模式对应的开断控制信号输出通道；
67.第二运算电路确定单元，用于当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；
68.第二输出通道构建单元，用于由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建一次调频控制模式对应的开断控制信号输出通道。
69.优选的，所述第一运算电路单元具体用于：
70.将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；
71.将所述电压偏差输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；
72.将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和0输入乘法器(7)，得到功率偏差值；
73.将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；
74.所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；
75.将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；
76.基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；
77.将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；
78.将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；
79.将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；
80.将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；
81.所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。
82.优选的，所述第二运算电路单元具体用于：
83.将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；
84.将所述电压偏差输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；
85.将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和设定的一次调频系数输入乘法器(7)，得到功率偏差值；
86.将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；
87.所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；
88.将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；
89.基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；
90.将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；
91.将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；
92.将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差
值；
93.将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；
94.所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。
95.优选的，所述输入量选择模块具体用于：
96.当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，选择0作为输入量；
97.当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，选择一次调频系数作为输入量。
98.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
99.一种电压源型变流器频率控制方法及系统，包括：基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的；本发明通过一次调频系数与定频控制环路的相互独立，消除了一次调频系数对频率控制环节的影响，实现了定频控制与一次调频控制的良好切换。
附图说明
100.图1为本发明的一种电压源型变流器频率控制方法流程图；
101.图2为本发明的控制原理图；
102.图3为本发明的电压源型变流器主电路图；
103.图4为本发明的电压源型变流器恒定频率控制模式下频率调节波形图；
104.图5为本发明的电压源型变流器一次调频控制模式下频率调节仿真波形图；
105.图6为本发明的电压源型变流器恒定频率控制模式与一次调频控制模式切换波形图；
106.图7为本发明的与方案较接近的一种控制方法原理图。
具体实施方式
107.为了消除一次调频系数对频率控制环节的影响，实现定频控制与一次调频控制的良好切换，本发明通过频率控制环路结构优化，实现了一次调频系数与定频控制环路的相互独立，解决了现有控制结构中频率控制性能受一次调频系数影响的问题。下面结合说明书附图和实施例对本发明进行详细介绍。
108.实施例1：
109.一种电压源型变流器频率控制方法，具体过程如图1所示，包括：
110.基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；
111.将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；
112.基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进
行开断控制；
113.其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的。
114.频率控制模型的构建包括：
115.电容电压设定值v
ref
与电容电压幅值vc通过减法器6得到电压偏差值δv，δv通过电压控制器11得到电容电压期望幅值v，如图2所示。
116.根据测量得到的电感电流ia、ib、ic及三相电容电压va、vb、vc，通过以下公式计算变流器输出有功功率pe：
117.pe＝vaia+vbib+vcic118.当控制模式开关s14选择连接b触点时，控制系统处于恒定频率控制模式。变流器有功给定值p
ref
与虚拟机械功率pm通过减法器3所得差值与0通过乘法器7相乘得到功率偏差值δp。电容电压频率给定值ω
ref
与虚拟角频率ω
x
通过减法器1得到频率偏差值δω，δω与δp通过加法器2所得和作为功频控制器10的输入，得到虚拟机械功率pm，pm与角频率额定值ω0通过除法器8得到虚拟机械转矩tm。变流器输出有功功率检测值pe与角频率额定值ω0通过除法器9得到电磁转矩te，虚拟机械转矩tm与电磁转矩te通过减法器4得到转矩偏差值δt，转矩偏差值δt依次经过比例放大器13和积分器12得到虚拟角频率偏差值δω
x
，虚拟角频率偏差值δω
x
与角频率额定值ω0通过加法器5得到虚拟角频率期望值ω
x
，ω
x
通过积分器15得到电容电压相角值δ。
119.当控制模式开关s14选择连接a触点时，控制系统处于一次调频模式。变流器有功给定值p
ref
与虚拟机械功率pm通过减法器3所得差值与一次调频系数kf通过乘法器7相乘得到功率偏差值δp。电容电压角频率给定值ω
ref
与虚拟角频率ω
x
通过减法器1得到频率偏差值δω，δω与δp通过加法器2所得和作为功频控制器10的输入，得到虚拟机械功率pm，pm与角频率额定值ω0通过除法器8得到虚拟机械转矩tm。变流器输出有功功率检测值pe与角频率额定值ω0通过除法器9得到电磁转矩te，虚拟机械转矩tm与电磁转矩te通过减法器4得到转矩偏差值δt，转矩偏差值δt依次经过比例放大器13和积分器12得到虚拟角频率偏差值δω
x
，虚拟角频率偏差值δω
x
与角频率额定值ω0通过加法器5得到虚拟角频率期望值ω
x
，ω
x
通过积分器15得到电容电压相角值δ。
120.电容电压期望幅值v与电容电压相角δ通过spwm控制16得到电压源型变流器开关管s1-s6的开断控制信号，实现对变流器出口电容c电压的控制。
121.实施例2：
122.下面以一个具体算例对本发明提供的一种电压源型变流器频率控制方法进行验证。
123.在matlab软件中使用simulink搭建一台1.25mw的电压原型变流器仿真模型，控制系统采用本发明所提控制系统。电压源型变流器的主电路图如图3所示。
124.电压源型变流器恒定频率控制模式下频率调节波形图，如图4所示。系统初始有功负荷为0.5mw，变流器电容电压频率稳定在50hz，0.5s时频率给定值由50hz下降至49hz，变流器电容电压频率经过小幅振荡后稳定在49hz，能够良好跟踪频率给定值变化；1s时投入另外0.5mw负荷，系统频率经过小幅振荡后稳定在当前频率给定值49hz。可见，恒定频率控制模式下，系统能够良好的实现定频率控制。
125.电压源型变流器一次调频模式下频率调节仿真波形图，如图5所示。系统中一次调频系数kf设置为20，变流器有功功率输出增加0.5mw，对应系统频率下降1hz。系统初始有功功率为0.5mw，变流器电容电压频率稳定在50hz，0.5s时投入0.5mw有功负荷，变流器有功输出由0.5mw增加至1mw，频率由50hz，缓慢下降至49hz，1.2s时切除0.5mw有功负荷，变流器有功输出由1mw下降至0.5mw，频率由49hz缓慢上升至50hz。可见控制系统满足一次调频需求。
126.电压源型变流器恒定频率控制模式与一次调频控制模式切换波形，如图6所示。系统中一次调频系数kf设置为20，变流器有功功率输出增加0.5mw，对应系统频率下降1hz。变流器输出有功功率给定值pref为0.5mw，与系统初始有功功率0.5mw相同，变流器运行在恒定频率控制模式下，此时变流器电容电压频率稳定在50hz，0.5s时投入0.5mw有功负荷，变流器实际有功功率输出为1mw，变流器电容电压频率经过小幅振荡后继续稳定在50hz，满足恒定频控制模式要求。1s时变流器频控制模式由恒定频率控制模式切换至一次调频控制模式，由于变流器输出有功功率参考值pref与由实际有功功率输出相差0.5mw，根据一次调频控制要求，系统频率由50hz缓慢下降至49hz满足一次调频需求。可见控制系统能够实现恒定频率控制模式与一次调频控制模式的在线切换。
127.实施例3：
128.一种电压源型变流器频率控制系统，包括：
129.输入量选择模块，用于基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；
130.模型输出模块，用于将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；
131.开关管控制模块，用于基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；
132.其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的。
133.还包括用于构建频率控制模型的模型构建模块；
134.所述模型构建模块包括：
135.信号输出通道构建子模块，用于以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道；
136.开断控制信号获取子模块，用于将所述输入量和获取的参数作为输入，经过所述开断控制信号输出通道，得到所述电压源型变流器的频率控制模式对应的开关管开断控制信号；
137.其中，所述运算电路至少包括下述中的一个或多个：加法器、减法器、乘法器、除法器、频率控制器、电压控制器、比例放大器和积分器。
138.所述信号输出通道构建子模块包括：
139.第一运算电路确定单元，用于当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器3、乘法器7、第二减法器1、第一加法器2、频率控制器10、第一除法器8、第二除法器9、第三减法器4、比例放大器13、第一积分器12、第二加法器5、第二积分器15、第四减法器6和电压控制器11的运算电路；
140.第一输出通道构建单元，用于由包括所述第一减法器3、乘法器7、第二减法器1、第
一加法器2、频率控制器10、第一除法器8、第二除法器9、第三减法器4、比例放大器13、第一积分器12、第二加法器5、第二积分器15、第四减法器6和电压控制器11的运算电路构建恒定频率控制模式对应的开断控制信号输出通道；
141.第二运算电路确定单元，用于当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，确定包括第一减法器3、乘法器7、第二减法器1、第一加法器2、频率控制器10、第一除法器8、第二除法器9、第三减法器4、比例放大器13、第一积分器12、第二加法器5、第二积分器15、第四减法器6和电压控制器11的运算电路；
142.第二输出通道构建单元，用于由包括所述第一减法器3、乘法器7、第二减法器1、第一加法器2、频率控制器10、第一除法器8、第二除法器9、第三减法器4、比例放大器13、第一积分器12、第二加法器5、第二积分器15、第四减法器6和电压控制器11的运算电路构建一次调频控制模式对应的开断控制信号输出通道。
143.所述第一运算电路单元具体用于：
144.将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器6得到的电压偏差值；
145.将所述电压偏差输入电压控制器11得到电容电压期望幅值；
146.将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器3得到的差值和0输入乘法器7，得到功率偏差值；
147.将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器1得到频率偏差值；
148.所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器2得到的和输入到频率控制器10，得到虚拟机械功率；
149.将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器8得到虚拟机械转矩；
150.基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；
151.将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器9得到电磁转矩；
152.将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器4得到转矩偏差值；
153.将所述转矩偏差依次输入比例放大器13和第一积分器12得到虚拟角频率差值；
154.将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器5得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器15，得到电容电压相角值；
155.所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制16得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。
156.所述变流器输出有功功率检测值按下式计算：
157.pe＝vaia+vbib+vcic158.式中，pe为变流器输出有功功率检测值，ia、ib和ic为三相电感电流，va、vb和vc为三相电容电压。
159.所述第二运算电路单元具体用于：
160.将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器6得到的电压偏差值；
161.将所述电压偏差输入电压控制器11得到电容电压期望幅值；
162.将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器3得到的差值和设定的一次调频系数输入乘法器7，得到功率偏差值；
163.将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器1得到频率偏差值；
164.所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器2得到的和输入到频率控制器10，得到虚拟机械功率；
165.将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器8得到虚拟机械转矩；
166.基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；
167.将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器9得到电磁转矩；
168.将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器4得到转矩偏差值；
169.将所述转矩偏差依次输入比例放大器13和第一积分器12得到虚拟角频率差值；
170.将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器5得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器15，得到电容电压相角值；
171.所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制16得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。
172.所述输入量选择模块具体用于：
173.当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，选择0作为输入量；
174.当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，选择一次调频系数作为输入量。
175.与本发明的方案较接近的一种控制方法原理如图7所示。
176.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
177.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
178.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
179.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
180.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则
之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在发明待批的本发明的权利要求范围之内。
技术特征：1.一种电压源型变流器频率控制方法，其特征在于，包括：基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述频率控制模型的构建包括：以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道；将所述输入量和获取的参数作为输入，经过所述开断控制信号输出通道，得到所述电压源型变流器的频率控制模式对应的开关管开断控制信号；其中，所述运算电路包括下述中的一个或多个：加法器、减法器、乘法器、除法器、频率控制器、电压控制器、比例放大器和积分器。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道，包括：当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建恒定频率控制模式对应的开断控制信号输出通道；当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建一次调频控制模式对应的开断控制信号输出通道。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路，包括：将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；将所述电压偏差输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；
将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和0输入乘法器(7)，得到功率偏差值；将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述变流器输出有功功率检测值按下式计算：p
e
＝v
a
i
a
+v
b
i
b
+v
c
i
c
式中，p
e
为变流器输出有功功率检测值，i
a
、i
b
和i
c
为三相电感电流，v
a
、v
b
和v
c
为三相电容电压。6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路，包括：将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；将所述电压偏差值输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和设定的一次调频系数输入乘法器(7)，得到功率偏差值；将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；
将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量，包括：当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，选择0作为输入量；当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，选择一次调频系数作为输入量。8.一种电压源型变流器频率控制系统，其特征在于，包括：输入量选择模块，用于基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；模型输出模块，用于将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；开关管控制模块，用于基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的。9.根据权利要求8所述系统，其特征在于，还包括用于构建频率控制模型的模型构建模块；所述模型构建模块包括：信号输出通道构建子模块，用于以电压源型变流器的频率控制模式确定的运算电路，构建开断控制信号输出通道；开断控制信号获取子模块，用于将所述输入量和获取的参数作为输入，经过所述开断控制信号输出通道，得到所述电压源型变流器的频率控制模式对应的开关管开断控制信号；其中，所述运算电路至少包括下述中的一个或多个：加法器、减法器、乘法器、除法器、频率控制器、电压控制器、比例放大器和积分器。10.根据权利要求9所述系统，其特征在于，所述信号输出通道构建子模块包括：第一运算电路确定单元，用于当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；第一输出通道构建单元，用于由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建恒定频率控制模式对应的开断控制信号输出通道；第二运算电路确定单元，用于当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式
时，确定包括第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路；第二输出通道构建单元，用于由包括所述第一减法器(3)、乘法器(7)、第二减法器(1)、第一加法器(2)、频率控制器(10)、第一除法器(8)、第二除法器(9)、第三减法器(4)、比例放大器(13)、第一积分器(12)、第二加法器(5)、第二积分器(15)、第四减法器(6)和电压控制器(11)的运算电路构建一次调频控制模式对应的开断控制信号输出通道。11.根据权利要求10所述系统，其特征在于，所述第一运算电路单元具体用于：将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；将所述电压偏差输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和0输入乘法器(7)，得到功率偏差值；将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。12.根据权利要求10所述系统，其特征在于，所述第二运算电路单元具体用于：将电容电压设定值与电容电压幅值输入第四减法器(6)得到的电压偏差值；将所述电压偏差输入电压控制器(11)得到电容电压期望幅值；将变流器有功给定值和虚拟机械功率输入减法器(3)得到的差值和设定的一次调频系数输入乘法器(7)，得到功率偏差值；将电容电压角频率给定值和虚拟角频率输入第二减法器(1)得到频率偏差值；所述频率偏差值和所述功率偏差值输入第一加法器(2)得到的和输入到频率控制器(10)，得到虚拟机械功率；将所述虚拟机械功率和角频率额定值输入第一除法器(8)得到虚拟机械转矩；基于测量得到的三相电感电流和三相电容电压结合计算式得到变流器输出有功功率检测值；将所述变流器输出有功功率检测值和所述角频率额定值输入第二除法器(9)得到电磁转矩；
将所述虚拟机械转矩和所述电磁转矩输入第三减法器(4)得到转矩偏差值；将所述转矩偏差依次输入比例放大器(13)和第一积分器(12)得到虚拟角频率差值；将所述虚拟角频率差值和所述角频率额定值输入加法器(5)得到虚拟角频率期望值，并将虚拟角频率期望值输入积分器(15)，得到电容电压相角值；所述电容电压相角值与所述电容电压期望幅值输入spwm控制(16)得到电压源型变流器恒定频率控制模式对应的开关管开断控制信号。13.根据权利要求8所述系统，其特征在于，所述输入量选择模块具体用于：当电压源型变流器的频率控制模式为恒定频率控制模式时，选择0作为输入量；当电压源型变流器的频率控制模式为一次调频控制模式时，选择一次调频系数作为输入量。
技术总结一种电压源型变流器频率控制方法及系统，包括：基于电压源型变流器的频率控制模式选择一次调频系数或0作为输入量；将所述输入量与获取的参数输入到预先构建的频率控制模型，输出电压源型变流器开关管的开断控制信号；基于所述电压源型变流器开关管的开断控制信号对电压源型变流器的开关管进行开断控制；其中，所述频率控制模型是由电压源型变流器的频率控制模式确定的多个运算电路构建的开断信号输出通道组成的；本发明通过一次调频系数与定频控制环路的相互独立，消除了一次调频系数对频率控制环节的影响，实现了定频控制与一次调频控制的良好切换。频控制的良好切换。频控制的良好切换。
技术研发人员：王杨 葛小凤 贾洪岩 史学伟 刘汉民 赵建华 王斌 朱跃 董文琦 赵燚 杨俊丰
受保护的技术使用者：国网冀北张家口风光储输新能源有限公司
技术研发日：2022.07.11
技术公布日：2022/11/1
