[發明專利]基于相角差擾動的虛擬同步發電機預同步控制方法及系統

有效

• 申請號: 201910446271.2
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110212590B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 施凱;宋文濤;徐培鳳;孫宇新;劉奕辰
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02J3/44
• 分類號: H02J3/44;H02M7/5387
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于消除相角差擾動的虛擬同步發電機預同步控制方法及系統，所述方法及其系統：包括VSG控制模塊、鎖相環PLL模塊、電壓調節器、頻率調節器、相角調節器，其中包括相角差調制模塊、區域判斷模塊和線性逼近調制單元；本控制方法主要解決VSG并網預同步過程中由于相角差跳變導致頻率、相角無法精確同步的問題，消除相角差跳變對于頻率補償信號的擾動，提高了相角預同步精度，并實現電壓幅值、頻率及相角的平滑、快速同步；本發明適用于對預同步精度要求較高的并網系統，優化了合閘暫態響應性能。

技術領域

本發明涉及三相電力電子逆變器控制方法，具體涉及一種基于消除相角差擾動的虛擬同步發電機預同步控制方法及系統。

背景技術

分布式電源作為大電源的重要補充，具有清潔、可靠性高、能源利用率高等多方面優點，推動分布式電源發展已成為世界各國促進節能減排、應對氣候變化的重要措施之一。面對高滲透率分布式電源接入的前景，實現分布式電源的友好接入、網—源—荷之間良性互動已成為當前分布式能源方向的研究熱點。VSG(Virtual Synchronous Generator—虛擬同步發電機)技術就是在此背景之下提出的逆變器控制技術，它將電力電子設備的靈活性和同步發電機的大慣量結合，有效解決分布式電源滲透率高引起大電網低慣量、欠阻尼的問題，具有廣闊的應用前景。

VSG在實際運行中分為并網運行模式和離網孤島運行模式，實現模式間的平滑切換能夠有效的減小器件損耗以及對電網的沖擊，保證了電能質量。其中對于VSG并網合閘，由于網端和逆變器端輸出電壓矢量的差異，具體包括電壓幅值、輸出角頻率以及相角的不同步問題，是實現模式平滑切換的難點所在。目前對于VSG并網預同步的相關問題已取得一些研究成果，主要解決方法集中輸出頻率補償控制上，但是普遍存在相角差跳變導致預同步時間延長或者不能達到同步精度等缺陷，這就亟需本領域技術人員解決相應的技術問題。

發明內容

本發明所解決的技術問題是提供了一種基于消除相角差擾動的虛擬同步發電機預同步控制方法及系統，其中將非線性跳變的相角差信號調制為線性補償信號調節系統頻率，實現預同步對于可靠性、快速性、準確性的要求。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種基于消除相角差擾動的虛擬同步發電機預同步控制方法，所述方法包括：

S1：VSG預同步階段開始時，將通過PLL(Phase-Locked Loop—鎖相環)模塊得到的網端和逆變器端電壓相角信號相減通入相角差區域判斷模塊；

S2：同時將S1所述相角差信號通入相角差調制模塊；

S3：將S1和S2所述模塊調制得到的信號相乘得到相角差調制信號，并通入線性逼近調制單元得到頻率補償信號；

S4：將S3得到頻率補償信號附加在VSG有功環輸出頻率信號上；

S5：頻率和電壓的同步分別通過頻率調節器和電壓調節器附加在有功和無功下垂控制環；

S6：當VSG輸出電壓幅值、頻率和相角信號滿足并網合閘運行要求時，分別切除電壓調節器、頻率調節器和相角調節器，VSG以并網模式運行。

進一步的，S1中所述相角差區域判斷模塊輸出相角差調制模塊的正負符號，具體判斷準則分為兩部分，其中相角差大于零輸出1，反之輸出-1；相角差的絕對值小于π輸出1，反之輸出-1，接著將兩部分相乘得到相角差區域判斷模塊的輸出信號。

進一步的，S2中所述相角差調制模塊是解決相角差跳變擾動影響的核心，根據三角函數周期性的特點，將跳變的相角差信號調制為連續信號“1-cosΔθ”，其中Δθ為網端和逆變器端的輸出相角差信號，該調制信號具有非負性特點。