[發明專利]一種準虛擬同步機控制方法

在審

• 申請號: 201711161505.6
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107919681A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 董志然;許洪華
• 申請（專利權）人: 北京科諾偉業科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02M7/5387
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種準虛擬同步機控制方法，尤其涉及一種具有有功功率環PI調節器和無功功率環PI調節器的準虛擬同步機控制方法。

背景技術

近年來，隨著分布式可再生能源和微電網的快速發展，將變流器虛擬成同步發電機的虛擬同步機控制技術因其可以使變流器呈現帶有慣性和阻尼特性的電壓源，受到廣泛關注。但是，變流器作為電力電子裝置，其暫態功率波動的承受能力和短時過載能力十分有限，輕則造成系統振蕩，重則導致變流器設備損壞。

現有的虛擬同步機控制器，為了減弱功率振蕩，通常需要調整阻尼參數。《CN201610474093-基于統一阻尼比的虛擬同步發電機阻尼系數自適應控制方法》提出一種基于統一阻尼比的虛擬同步發電機阻尼系數自適應控制方法，通過功角信息得到阻尼系數，使虛擬同步發電機在不同穩態工作點均能保證振蕩抑制效果，且有較好的動態特性，但是由于阻尼參數與下垂系數的相關性，由電網需求確定，不具備調整的靈活性。《CN201510315421-基于虛擬同步發電機的最優虛擬慣性控制方法》，將虛擬同步發電機中的下垂系數m、虛擬慣性J和虛擬阻尼D三個控制自由度有機結合起來，實現虛擬同步發電機關鍵參數的優化配置，但是其未給出并網模式下恒PQ控制方法。《CN201610165118-基于電流補償的虛擬同步發電機功率解耦方法》提出了一種適用于虛擬同步電機的功率解耦方法用于消除由于功率耦合帶來的功率動態振蕩和穩態誤差，但是由于嵌套了電壓電流雙PI環，降低了虛擬同步機控制響應速度，同時由于功率環與電流環均涉及電流信號，影響并聯運行的穩定性。《CN201710333030-基于二階廣義虛擬慣性的虛擬同步發電機控制方法》提出了一種基于二階廣義虛擬慣性的虛擬同步發電機控制方法，增大了系統阻尼，減弱了功率振蕩，但是其本質仍然是對虛擬慣性和阻尼參數進行調整。并且當虛擬同步機處于PQ運行模式時，下垂特性被禁用，使得虛擬同步機缺少了阻尼特性，控制穩定性變差。

發明內容

本發明針對現有虛擬同步機阻尼特性在并網禁用一次調頻時失效的缺點，提出一種準虛擬同步機控制方法。通過在虛擬同步機的慣性環節并聯比例調節器，組成有功功率環PI調節器和無功功率環PI調節器，將原有的積分調節器特性轉變為比例積分調節器特性，本發明稱其為準虛擬同步機控制方法。以有功功率環PI調節器為核心的有功功率控制器產生虛擬同步機角度信息，以無功功率環PI調節器為核心的無功功率控制器產生虛擬同步機的電壓幅值信息，角度信息和幅值信息經Park反變換后調制驅動三相橋臂IGBT動作。解決了虛擬同步機并網狀態下因為阻尼不足導致功率振蕩的問題。

具體步驟如下：

1、通過鎖頻環獲取變流器輸出電壓的角度θ_g和幅值v_g。

2、對電流采樣并使用變流器輸出電壓的角度θ_g進行等功率旋轉變換，得到有功電流i_d和無功電流i_q。

3、通過步驟1、步驟2得到的電壓幅值v_g、有功電流i_d和無功電流i_q，計算有功功率P和無功功率Q，計算公式為：

其中，T_Pow為一階低通濾波器時間常數，s為拉氏變換算子。

4、使用下式求取頻率下垂有功功率P_droop和幅值下垂無功功率Q_droop：

P_droop＝D_p(ω_set-ω)

Q_droop＝D_q(v_set-v_g)

式中，D_p為頻率有功下垂系數，D_q為幅值無功下垂系數，ω_set為虛擬同步機額定角頻率，ω為虛擬同步機角頻率，v_set為虛擬同步機額定電壓幅值，v_g為步驟1中得到的變流器輸出電壓幅值。

5、使用下式計算有功功率偏差P_err和無功功率偏差Q_err：

P_err＝P_set+P_droop-P

Q_err＝Q_set+Q_droop-Q