[發(fā)明專利]一種基于相位前饋的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710841526.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN107612043B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王躍;李明烜;周暉;趙發(fā)明;張海龍;王林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/44
• 分類號(hào): H02J3/44;H02J3/46;H02J3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種基于相位前饋的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，包括以下步驟：1)前饋量計(jì)算，將虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率ω減去電網(wǎng)額定頻率ω_ref，得到兩者頻率差Δω，將Δω乘以前饋系數(shù)k_ω得到補(bǔ)償量θ_c；2)下垂控制部分，根據(jù)虛擬同步機(jī)的輸出有功功率參考指令P_ref與頻率差Δω計(jì)算得到虛擬同步機(jī)的模擬機(jī)械功率P_m；3)模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分，根據(jù)P_m與實(shí)際輸出有功功率P_e計(jì)算得到輸出頻率ω；4)將輸出頻率ω積分后加上相位前饋控制補(bǔ)償量θ_c得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出相位θ；5)將步驟4)中得到的相位θ作為dq坐標(biāo)變換相位，對(duì)無(wú)功環(huán)得到的dq坐標(biāo)電壓指令值v^*_dq進(jìn)行dq坐標(biāo)變換得到abc坐標(biāo)下的三相電壓調(diào)制信號(hào)v^*_abc，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制器得到開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，進(jìn)而用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)中的虛擬同步電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于相位前饋的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)

以風(fēng)力、光伏為主的可再生新能源發(fā)電主要是以電力電子變流器作為并網(wǎng)接口，其具有控制靈活、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺少慣性和阻尼等不足，尤其目前并網(wǎng)變流器往往是以電流源模式并網(wǎng)，這些與傳統(tǒng)能源所采用的同步發(fā)電機(jī)在外特性上具有顯著差別。現(xiàn)在隨著分布式可再生能源滲透率的不斷提高，電力系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)減少，使得系統(tǒng)頻率波動(dòng)性增加，電能質(zhì)量變差，嚴(yán)重時(shí)危及系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這嚴(yán)重限制了新能源的并網(wǎng)容量。為了充分發(fā)揮分布式能源的優(yōu)勢(shì)，減弱分布式電源對(duì)配電網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的影響，讓電網(wǎng)消納更多地分布式能源，分布式電源必須參與配電網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的調(diào)頻和調(diào)壓過(guò)程，分布式電源潛在輔助服務(wù)必須被充分挖掘，分布式電源必須向電網(wǎng)提供必要的輔助服務(wù)。

虛擬同步發(fā)電機(jī)是近年來(lái)提出的一種適合新能源廣泛接入的并網(wǎng)控制策略，它通過(guò)模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的外特性，因此可以使并網(wǎng)變流器像傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣向電網(wǎng)提供慣性和一次調(diào)頻調(diào)壓功能。根據(jù)眾多學(xué)者的共識(shí)，并網(wǎng)變流器模擬同步電機(jī)特性是未來(lái)并網(wǎng)變流器控制的趨勢(shì)。

虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略通過(guò)下垂控制實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率的控制，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出的有功功率按照下垂系數(shù)分配。此外，虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略通過(guò)虛擬慣性控制策略來(lái)增強(qiáng)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，但虛擬慣性控制會(huì)引起功率的震蕩，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略通過(guò)引入阻尼系數(shù)來(lái)抑制功率震蕩，但引入阻尼后系統(tǒng)響應(yīng)變慢。同時(shí)，阻尼系數(shù)的存在改變了有功下垂系數(shù)的大小，有功功率不再按照下垂系數(shù)分配，其誤差大小與阻尼系數(shù)成正比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有虛擬同步電機(jī)技術(shù)存在的抑制功率會(huì)降低系統(tǒng)響應(yīng)速度以及影響下垂控制而引起穩(wěn)態(tài)誤差的缺陷，提供了一種基于相位前饋的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于相位前饋的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，包括以下步驟：

1)前饋量計(jì)算，將虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率ω減去電網(wǎng)額定頻率ω_ref，得到兩者頻率差Δω作為前饋控制的采集量，將頻率差Δω乘以前饋系數(shù)k_ω得到前饋控制的補(bǔ)償量θ_c；

2)下垂控制部分，根據(jù)虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出有功功率參考指令P_ref與虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率ω與電網(wǎng)額定頻率ω_ref的頻率差Δω計(jì)算得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的模擬機(jī)械功率P_m；

3)模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分，根據(jù)虛擬同步發(fā)電機(jī)的模擬機(jī)械功率P_m與實(shí)際輸出有功功率P_e計(jì)算得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率ω；