[發明專利]基于虛擬同步發電機的頻率自恢復控制方法

在審

• 申請號: 201811187619.2
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109193700A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 張宇華;趙曉軻;王育飛;薛花
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐穎

本發明涉及一種基于虛擬同步發電機的頻率自恢復控制方法，虛擬同步發電機投入微網時，提供較小的轉動慣量J以避免動態功率振蕩；小擾動發生時，采用基于虛擬同步發電機的一次調頻方法；當擾動較大時，頻率偏移量超過一定值啟動二次調頻，利用儲能電池的快速充放電特性使其參與二次調頻過程，使頻率快速恢復到閾值范圍內；之后，儲能逐漸較少出力緩慢退出二次調頻，其他調頻裝置發揮主要作用使頻率恢復到額定值。本發明能夠有效抑制大負荷擾動時的頻率越限，使頻率快速恢復，在整個調頻范圍內結合一二次調頻，充分發揮儲能作用。

技術領域

本發明涉及一種獨立微網頻率控制技術，特別涉及一種基于虛擬同步發電機的頻率自恢復控制方法。

背景技術

近年來，以可再生能源為主要形式的分布式發電在電網中所占的比例日益增大。為了對分布式發電進行有效管理，微電網的概念應運而生。而微電網逆變器作為分布式發電的電力電子接口，響應速度快卻缺少慣性支撐，給電力系統的安全穩定運行帶來了新的挑戰。

虛擬同步發電機(virtual synchronous generator，VSG)控制技術在逆變器的控制算法中引入虛擬慣量，讓電力電子電源繼承同步發電機的慣性和阻尼特性，可以改善高滲透率可再生能源并網給電力系統帶來的頻率穩定性問題。然而，多數研究只是基于VSG的一次調頻控制，其屬于有差調頻。

發明內容

本發明是針對虛擬同步發電機控制技術中調頻的問題，提出了一種基于虛擬同步發電機的頻率自恢復控制方法，即利用了VSG投入微網時，提供較小的轉動慣量J以避免動態功率振蕩(一次調頻)；又利用儲能電池的快速充放電特性使其參與二次調頻過程，使頻率快速自動恢復到額定值。

本發明的技術方案為：一種基于虛擬同步發電機的頻率自恢復控制方法，直流側電壓通過三相逆變器進行直流變交流后，經過濾波電感L和電容C后并入電網；三相逆變器輸出電壓和電流經過功率計算到虛擬同步發電機,虛擬同步發電機控制器輸出電壓環給定電壓直軸分量和交軸分量U_dref和U_qref，濾波電感電流i_Labc和三相逆變器輸出電壓u_oabc輸入abc/dq轉換后輸出的dq坐標系下濾波電感電流直軸分量和交軸分量i_Ldq和三相逆變器輸出電壓直軸分量和交軸分量u_odq；U_dref、U_qref、i_Ldq和u_odq送入電壓電流雙環控制得到指令電壓，送入SPWM經過調制后輸出開關驅動信號，對三相逆變器進行控制；虛擬同步發電機的頻率自恢復控制方法包括以下步驟：

1)采集得到虛擬同步發電機轉子角頻率偏差Δw，Δw＝w₀-w，w₀、w分別為虛擬同步發電機轉子電角速度額定值和實際值；

2)判斷步驟1)中的Δw在否超過頻率閾值C₂，若|Δw|<C₂,系統采用一次調頻；若|Δw|>C₂,系統采用儲能參與的二次調頻方法，直到頻率恢復到額定值；

虛擬調速器的表達式：

p_m＝p_ref+k_w(w₀-w)

式中：P_ref為給定有功功率；k_w為功頻調差系數；

一次調頻時，虛擬同步發電機轉子運動方程為：

式中：J為虛擬同步發電機的轉動慣量；P_m是原動機輸入機械功率；P_e是輸出電磁功率；w₀、w分別為轉子電角速度額定值和實際值，δ為功角；D為阻尼系數；