[發明專利]不平衡電網下的改進虛擬同步機自同步并網運行控制方法

有效

• 申請號: 201810385217.7
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108599262B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 孫丹;王霄鶴;鄭丹萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02J3/24
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種不平衡電網下的改進虛擬同步機自同步并網運行控制方法，其針對傳統的虛擬同步機控制策略下不平衡電網運行的虛擬同步機輸出功率存在二倍頻波動無法消除導致無法自同步運行等問題，通過將基于功率的諧振補償方法與平衡電網下虛擬同步機的自同步控制方法相結合。本發明方法在無需電網電壓電流正負序分離的前提下，就可以實現虛擬同步機在不平衡電網下的自同步運行控制，使得逆變器側電壓在并網前準確跟蹤電網電壓，實現自同步并網，在并網成功后，通過將虛擬同步機控制模塊的控制量改為實際功率，實現該控制策略在不平衡電網下對功率的準確控制。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種不平衡電網下的改進虛擬同步機自同步并網運行控制方法。

背景技術

隨著能源危機和環境問題的日益突出，分布式發電技術得到越來越多的運用，并網逆變器作為分布式電源接入配電網(微電網)的重要設備，其功能和控制策略的深入研究得到了廣泛的重視。常規的并網逆變器具有響應速度快、低慣量、欠阻尼的特點，難以參與電網調節，又由于大量新能源的接入導致的電網穩定性降低，如何通過控制并網逆變器實現友好接入成為亟待解決的問題。為此，有學者提出虛擬同步機的控制策略，即將并網逆變器模擬成一臺具有一定慣性和阻尼的同步電機，以此實現分布式電源的友好接入并提高電力系統穩定性。

VISMA(Virtual Synchronous Machine)和同步變流器是虛擬同步機的兩種實現方式，前者利用傳統同步機的數學模型計算出逆變器電流的參考值，進而控制輸出電流，表現為受控電流源；后者利用傳統同步機的數學模型生成逆變器輸出電壓指令，進而控制變流器的輸出電壓，表現為受控電壓源。由于當前電力系統是電壓源主導的，大規模的電流源接入可能會帶來穩定性問題，因此后者成為目前虛擬同步機的主要實現方式。第一代同步變流器需要專門的同步單元以獲取電網電壓、頻率相位等信息來實現同步，例如鎖相環是最常用的同步單元，但是鎖相環本身存在的非線性和延時缺陷會影響系統的性能和穩定性。為此有學者提出了自同步變流器的控制策略，即在并網前通過內部控制算法實現與電網同步；自同步環節的原理是選取一個與實際電路的入端電感和電阻值相近的虛擬阻抗，根據電網側電壓，逆變器側電壓和虛擬電阻值求出一個虛擬電流。當此虛擬電流被控制為零時，說明電網側電壓與逆變器測電壓已經同步，從而實現自同步并網，自同步變流器可以運行在整流和逆變兩種模式，大大減少了系統的復雜度，提高了系統穩定性。然而，已有虛擬同步機自同步控制策略只能在平衡電網下運行，在電網電壓不平衡時，計算得到的虛擬電流同樣存在負序分量，從而導致虛擬功率中存在二倍頻分量，傳統的虛擬同步機控制策略對二倍頻分量不能準確跟蹤；采用傳統方法得到逆變器側電壓不能準確跟蹤電網電壓，從而在并網時導致并網電流過大，并網失敗；因此，研究在不平衡電網下虛擬同步機的自同步控制策略意義重大。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種不平衡電網下的改進虛擬同步機自同步并網運行控制方法，無需電網電壓、電流的正負序分離，且控制結構十分簡單，能夠在不平衡電網下實現虛擬同步機的自同步并網運行。

一種不平衡電網下的改進虛擬同步機自同步并網運行控制方法，包括如下步驟：

(1)采集并網逆變器的三相電網電壓U_gabc和三相電網電流I_gabc并分別對兩者進行Clark變換，對應得到靜止α-β坐標系下的電網電壓矢量U_gαβ和電網電流矢量I_gαβ；

(2)根據電網電壓矢量U_gαβ以及上一控制周期并網逆變器的調制電壓矢量U_cαβ^*計算出并網逆變器的虛擬電流矢量I_vαβ；