[發明專利]一種含儲能單元的虛擬同步機控制器及其控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201710571159.2
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107528329B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 楊波;胡安平;李官軍;陶以彬;余豪杰;周晨;莊俊;桑丙玉;崔紅芬;袁曉冬;陳兵;李強
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司;國網江蘇省電力公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/12
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明涉及一種含儲能單元的虛擬同步機控制器及其控制方法和裝置，所述虛擬同步機控制器包括：αβ/dq坐標變換器、功率計算單元、第一低通濾波器、第二低通濾波器、一次調頻控制單元、一次調壓控制單元、功率外環控制單元、慣性阻尼控制單元、第一加法器、第二加法器、同期控制單元、電壓內環控制單元、dq/αβ度變換器和SVPWM模塊；本發明提供的技術方案，可以使儲能變流器模擬同步發電機一次調頻調壓特性，并具有同步發電機的阻尼特性及慣性支撐能力。通過本發明方法可提高儲能變流器在微電網中支撐系統電壓/頻率的能力，以解決微電網系統的低慣量、欠阻尼問題，以達到提高微電網電壓頻率抗擾性及穩定性的目的。

技術領域

本發明涉及儲能變流器控制技術領域，具體涉及一種含儲能單元的虛擬同步機控制器及其控制方法和裝置。

背景技術

微電網作為分布式發電的一種結構形式，是未來智能電網的關鍵技術之一，目前已成為國內外電力工業界的共識。儲能變流器作為微網系統孤島運行時可控的組網電源，起著維持微網系統電壓和頻率穩定的重要支撐作用。

儲能變流器因儲能環節的存在，為支撐系統慣性和阻尼所需要的能量提供了條件，通過慣性和阻尼控制環節，可降低儲能變流器在受擾動時輸出電壓、頻率的靈敏度及波動幅度。因此，通過改變控制環節使儲能變流器具備阻尼特性及慣性支撐能力從而提高微電網電壓、頻率抗擾性及穩定性顯得尤為重要。為此，有人提出虛擬同步機的概念，即利用變流器模擬同步發電機功角搖擺方程及勵磁調節功能來提高儲能變流器的慣性支撐能力及調頻調壓能力。為簡化同步發電機的高階數學模型，大多數虛擬同步機控制算法采用簡化的二階數學模型，且大都具有相同的機械方程，不同的是在電氣方程，即勵磁模擬環節，以及閉環方式上表現出不同的實現方式。

常規儲能變流器在微網組網運行時多采用下垂控制，變流器在受外部擾動時，其輸出電壓、頻率將快速根據下垂指令變化，電壓、頻率下垂幅度與下垂控制系數有關。若下垂系數選取不適，可能會威脅到微電網的電壓、頻率穩定性。即使配備了充足的儲能，若變流器不加以適當的控制，微電網仍然是一個慣性很弱的系統。

發明內容

本發明提供一種含儲能單元的虛擬同步機控制器及其控制方法和裝置，其目的是可以使儲能變流器模擬同步發電機一次調頻調壓特性，并具有同步發電機的阻尼特性及慣性支撐能力。通過本發明方法可提高儲能變流器在微電網中支撐系統電壓/頻率的能力，以解決微電網系統的低慣量、欠阻尼問題，以達到提高微電網電壓頻率抗擾性及穩定性的目的。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種含儲能單元的虛擬同步機控制器，其改進之處在于，所述虛擬同步機控制器包括：αβ/dq坐標變換器、功率計算單元、第一低通濾波器、第二低通濾波器、一次調頻控制單元、一次調壓控制單元、功率外環控制單元、慣性阻尼控制單元、第一加法器、第二加法器、同期控制單元、電壓內環控制單元、dq/αβ度變換器和SVPWM模塊；

所述αβ/dq坐標變換器與所述功率計算單元連接，所述功率計算單元分別與所述第一低通濾波器和第二低通濾波器連接，所述第一低通濾波器與所述一次調頻控制單元連接，所述第二低通濾波器與所述一次調壓控制單元連接，所述一次調頻控制單元和一次調壓控制單元均與所述功率外環控制單元連接，所述功率外環控制單元、慣性阻尼控制單元、第一加法器、電壓內環控制單元依次連接，所述功率外環控制單元、第二加法器、電壓內環控制單元依次連接，所述同期控制單元通過所述第一加法器和第二加法器與所述電壓內環控制單元連接，所述電壓內環控制單元、dq/αβ度變換器和SVPWM模塊依次連接。

優選的，所述一次調頻控制單元包括：依次連接的第四加法器、第一比例控制器和第三加法器，所述一次調壓控制單元包括：依次連接的第六加法器、第二比例控制器和第五加法器，所述功率外環控制單元包括：第三比例控制器、第一積分控制器、第四比例控制器、第一零輸出控制器和第八加法器，所述慣性阻尼控制單元包括：第七加法器、第二積分控制器和第五比例控制器；