[發明專利]一種主動支撐電網的負荷虛擬同步裝置控制方法和系統

在審

• 申請號: 201910067802.7
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109672192A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 吳爭;劉海濤;盛萬興;吳鳴;呂志鵬;崔健;龍禹;季昆玉;賈俊;翁蓓蓓;宋振浩;趙婷
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明提供了一種主動支撐電網的負荷虛擬同步裝置控制方法。該法包括：將系統實時擾動總量帶入預先建立的負荷虛擬同步裝置的擴張狀態觀測器，進行計算，得到系統擾動估計值；將所述系統擾動估計值作為有功控制中虛擬轉矩的補償項對虛擬轉矩進行補償。本發明提供的技術方案將擴張狀態觀測器應用于控制策略的設計中，通過擴張狀態觀測器進行觀測，并將觀測值作為虛擬轉矩進行補償，提高系統的抗擾動能力，使其持續穩定地輸出電壓與功率。

技術領域

本發明涉及微電網負荷側整流器的控制技術領域，具體涉及一種主動支撐電網的負荷虛擬同步裝置控制方法。

背景技術

電力電子裝備由于其控制的靈活性而被廣泛應用于配電網中。但由于電力電子裝備的快速性，其大量應用造成配電網“慣量”缺失，使得配電網運行的穩定性下降。虛擬同步機技術由此被提了出來。

受啟發于同步發電機，虛擬同步機技術將同步發電機的機械方程與電磁方程應用于控制策略的設計中，使得電力電子裝備能夠模擬同步發電機的外特性，為配電網注入一定的“慣量”。采用虛擬同步機技術的電源與負荷，穩態時能夠參與電網的調整，實現電網能量的供需平衡；暫態時能利用自身慣量阻尼系統電壓和頻率的快速變化，為電網的下一步調整爭取時間。按照應用場景的不同，一般將虛擬同步機技術分為虛擬同步發電機技術與虛擬同步電動機技術。虛擬同步發電機技術應用于網側，主要用于對并網逆變器的控制；虛擬同步電動機技術應用于負荷側，通過整流器實現負荷與配電網的連接。隨著配電網的發展，僅靠網側調控已不能滿足要求。因此研究人員將研究焦點轉移至負荷側。

三相電壓型PWM整流器是可控負荷接入配電網的主要裝置類型，以其功率雙向流動、單位功率因數運行、低輸入電流諧波含量、輸出電壓和功率可控等諸多優點，在變頻調速、不間斷電源、電動汽車等領域獲得了廣泛的應用。傳統控制方式只考慮負荷側而不考慮電網側，即使在電網出現電壓下降等故障時負荷仍向電網吸收功率，使得電網的電能質量進一步惡化。負荷虛擬同步機技術能夠根據電網的狀態實時調整負荷吸收功率的速率，在滿足負荷正常運行的同時能夠實時響應電網的狀態，支撐電網的穩定運行。但負荷側虛擬同步機同樣存在運行不穩定的問題，會出現電壓振蕩等現象。

發明內容

針對于負荷側虛擬同步機技術在受到負載等擾動時出現功率、電壓振蕩等的不穩定問題，本發明提供了一種主動支撐電網的負荷虛擬同步裝置控制方法和系統控制策略，該方法能夠將系統受到的負載等擾動視為總擾動，通過擴張狀態觀測器進行觀測，并將觀測值作為補償對虛擬轉矩進行補償，提高系統的抗擾動能力，使得系統在受到擾動時能夠自主調整電壓，保持輸出穩定的電壓與功率。

本發明提供的技術方案是：

一種主動支撐電網的負荷虛擬同步裝置控制方法，包括：

將系統實時擾動總量帶入預先建立的負荷虛擬同步裝置的擴張狀態觀測器，進行計算，得到系統擾動估計值；

將所述系統擾動估計值作為有功控制中虛擬轉矩的補償項對虛擬轉矩進行補償。

優選的，所述擴張狀態觀測器的建立，包括：

基于系統實時擾動總量，將負荷虛擬同步裝置的機械運動方程改寫為包含擾動項的機械運動方程組；

根據非線性系統的標準形式與所述包含擾動項的機械運動方程組，得到參數矩陣；

將所述參數矩陣帶入擴張狀態觀測器標準形式，得到負荷虛擬同步裝置的擴張狀態觀測器表達式。

進一步的，所述負荷虛擬同步裝置的機械運動方程如下式：

其中，J為虛擬同步機的轉動慣量，ω為機械角速度，ω_n為額定角速度，T_e為電磁轉矩，T_m為機械轉矩，D_p為阻尼系數。