[發明專利]基于VSG控制裝置及方法、多VSG預同步并網方法

有效

• 申請號: 201710692259.0
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107453412B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 溫春雪;賈焦心;胡長斌;樸政國;蔡立民
• 申請（專利權）人: 北方工業大學;中立泰(北京)科技發展有限公司
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48
• 代理公司: 11569 北京高沃律師事務所
• 代理人: 王戈<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開一種基于虛擬同步發電機VSG控制裝置，所述控制裝置包括：主電路、PR控制電路、電磁方程電路、無功和電壓調節電路、預同步電路、有功和頻率調節電路；所述有功和頻率調節電路包括：第一比較器、第一放大器、慣性調節電路、PI調節電路、第一開關、第二開關、第二加法器、第三比較器、第三積分器。本發明將有功和頻率調節電路設置成PI調節電路和慣性調節電路，實現不同狀態下選擇不同的調節電路，再不增加控制算法復雜度的情況下，無需鎖相環便實現不同模式之間平滑切換；當電網頻率發生波動時，仍能實現并網運行VSG的恒功率控制與慣量、阻尼支撐相互協調。

技術領域

本發明涉及分布式發電微網控制領域，特別是涉及一種基于VSG控制裝置及方法、一種多VSG預同步并網方法。

背景技術

基于虛擬同步發電機(Virtual Synchronous Generator，VSG)技術的逆變器控制策略在實現一次調頻和一次調壓功能的同時，能夠模擬同步發電機的外特性，有效解決系統欠阻尼、低慣性的問題。

VSG既能并網運行，又能組網運行，當并網運行時，VSG需按照功率指令輸出有功和無功功率，而輸出有功功率的動態和穩態特性由虛擬慣量和阻尼放大的倍數的大小決定,無法兼顧動態和穩態性能，如果并網和組網采用相同的阻尼分量，系統的動態特性將會變差。

為此，一些學者提出了改進的控制策略，主要包括：基于微分補償環節虛擬慣性的的方法，該方法在確保功率穩態控制性能的同時，加快了VSG的功率響應速度，增大了系統阻尼，改善了動態性能；自適應虛擬轉子慣量的VSG控制算法，通過動態改變虛擬慣量與阻尼參數，在抑制相同頻率擾動的情況下有效降低儲能單元的能量流動。雖然以上兩種改進后的控制策略可以提高VSG控制性能，但在電網頻率發生波動時仍無法實現并網工況的恒功率控制。

還有學者通過增加PI調節器進行頻率的閉環控制，進而可以實現并網穩態下VSG恒功率控制，但該方法增加了有功環的階次，嚴重影響VSG原有的優越慣性和阻尼性能。還有學者將實時測量的電網頻率作為VSG的頻率參考，也可以實現并網穩態下VSG恒功率控制。但是，用于測量頻率的鎖相環存在非線性、響應慢、參數設計難等問題，這對VSG恒功率控制的動態性能和穩定性有很大影響。

綜上，現有技術難以在電網頻率發生波動時實現并網運行VSG的恒功率控制與慣量、阻尼支撐相互協調。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于VSG控制裝置及方法、一種多VSG預同步并網方法，通過將有功和頻率調節電路設置成PI調節電路和慣性調節電路，實現不同狀態下選擇不同的調節電路，實現不同的模式切換，當電網頻率發生波動時，仍能實現并網運行VSG的恒功率控制與慣量、阻尼支撐相互協調。

為實現上述目的，本發明提供一種基于虛擬同步發電機VSG控制裝置，所述控制裝置包括：主電路、PR控制電路、電磁方程電路、無功和電壓調節電路、預同步電路、有功和頻率調節電路；

所述主電路分別與所述電磁方程、所述無功和電壓調節電路、所述預同步電路、所述PR控制電路相連；所述電磁方程電路分別與所述無功和電壓調節電路、所述有功和頻率調節電路、所述PR控制電路相連；所述預同步單元與所述有功和頻率調節電路相連；

所述有功和頻率調節電路包括：第一比較器、第一放大器、慣性調節電路、PI調節電路、第一開關、第二開關、第二加法器、第三比較器、第三積分器；

所述第一比較器的負極端與所述電磁方程電路相連，用于接收所述電磁方程電路發送的VSG瞬時有功功率，所述第一比較器的正極端輸入VSG有功功率給定值，所述瞬時有功功率和所述有功功率給定值經過所述第一比較器獲得第一有功功率誤差；所述第一放大器的輸入端與所述第一比較器的輸出端相連，用于放大所述第一有功功率誤差，獲得第一放大有功功率；

所述慣性調節電路的輸入端與所述第一放大器的輸出端相連，用于根據第一放大有功功率獲得第一角頻率；