[發明專利]一種基于虛擬同步發電機控制的頻率電壓無差調節方法

有效

• 申請號: 201810442866.6
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108599264B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 王金健;王志新;包龍新;秦華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/42
• 分類號: H02J3/42;H02J3/48;H02J3/50;H02P9/36
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明公開了一種基于虛擬同步發電機控制的頻率電壓無差調節方法，包括如下步驟：通過有功控制環模擬同步發電機的功頻控制器，獲得虛擬同步發電機的輸出功率、角速度和相角；通過無功控制環模擬同步發電機的勵磁調節器，獲得虛擬同步發電機的輸出電壓幅值；采集網側電壓以及電流，計算出每一時刻的有功功率和無功功率，作為有功和無功控制環的額定參考值；將有功環和無功環輸出的相角和電壓幅值進行組合，得到PWM的調制波信號。本發明將有功功率和無功功率值作為傳統虛擬同步發電機的額定有功功率和無功功率參考值，并簡化為對頻率和電壓的控制，實現頻率電壓的無差調節。本發明使虛擬同步發電機自動跟蹤負荷波動并改變自身的輸出功率。

技術領域

本發明涉及微電網中分布式電源的逆變器的頻率電壓控制，具體涉及一種基于虛擬同步發電機控制策略的頻率電壓無差調節方法。

背景技術

為了解決能源危機和環境問題，可再生能源和儲能系統等得到越來越廣泛的應用。近年來光伏、風電等分布式電站建設規模逐年擴大，裝機容量迅速增長。預計到2020年，我國可再生能源發電在電網中的份額將達到15％，到2050年將超過30％。據此，電力系統正在從集中式發電向分布式發電轉變。

然而，由于與電網電壓頻率、幅值存在差異，大部分分布式電站需要通過電力電子變換器接入電網。當新能源裝機容量較低時，傳統發電機可以為系統穩定性提供支撐。但是，隨著越來越多的新能源接入電網，傳統發電機不足以繼續維持電力系統的穩定運行。傳統的逆變器控制策略有PQ控制，VF控制，下垂控制。PQ控制又稱恒功率控制，一般用于并網運行的情況下，無法實現離網運行；VF控制又稱恒壓頻控制，一般用于微網的孤島運行，能為微網提供電壓和頻率的支撐，但不適用于并網運行；下垂控制模擬了同步發電機的功頻下垂控制和勵磁電壓下垂控制，但不具有阻尼和慣性。為此，有學者提出在逆變器中引入同步發電機的“同步”機制，稱為虛擬同步發電機控制策略(VSG，Virtual SynchronousGenerator)。該方案模擬同步發電機的轉子機械方程，使逆變器具備了虛擬慣性的能力。

在目前的研究中，專利文獻CN104953617A公開了一種虛擬同步發電機帶負載并網的控制方法和系統，通過采集虛擬同步發電機輸出電壓及電網側的電壓，計算出每一時刻的虛擬電壓差，進一步計算虛擬同步發電機一側的虛擬電流，根據虛擬電流對虛擬同步發電機的磁通量、虛擬偏轉角和實際輸出的角速度進行調節，從而調節虛擬同步發電機的輸出電壓，使虛擬同步發電機的輸出電壓與電網電壓同步。該方法只能實現頻率和電壓的有差調節，并不能保證電能質量。專利文獻CN106684921A公開了一種基于虛擬同步發電機的逆變器二次調頻控制電路，該電路包括功頻控制和勵磁控制器，勵磁控制器生成的電壓指令幅值信息和功頻控制器生成電壓指令相位信息合成即可得到電壓環的輸入指令信號。雖然該方法能實現頻率的無差調節，但控制過程相對復雜，同時，電壓也無法實現無差調節。專利文獻CN105811438A公開了一種基于虛擬同步機的無頻差控制方法以及裝置，根據輸出電壓和輸出電流計算得到虛擬同步機的平均有功功率和平均無功功率；根據預設的有功功率參考值、空載時角頻率參考值以及平均有功功率計算得到虛擬同步機的相角，根據預設的空載時輸出電壓幅值參考值以及平均無功功率計算得到虛擬同步機的輸出電壓幅值，根據相角和控制信號實現基于虛擬同步機的無頻差控制。但該方法計算過程復雜，且只考慮了頻率的無差控制。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于虛擬同步發電機控制的頻率電壓無差調節方法。本發明通過有功控制環模擬同步發電機的功頻控制器，獲得虛擬同步發電機的輸出功率、角速度和相角。通過無功控制環模擬同步發電機的勵磁調節器，獲得虛擬同步發電機的輸出電壓幅值。采集網側電壓以及電流，計算出每一時刻的有功功率和無功功率，將計算得出的有功功率和無功功率分別作為有功控制環和無功控制環的額定參考值。將有功環和無功環輸出的相角和電壓幅值進行組合，經過電壓電流雙閉環控制，得到PWM的調制波信號。

本發明是根據以下技術方案實現的：