[發(fā)明專利]不平衡電網(wǎng)電壓條件下的虛擬同步機(jī)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910555184.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN110190633B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王逸超;陳仲偉;鄧凱;李達(dá)偉;李沛哲;肖振鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)湖南省電力有限公司;國網(wǎng)湖南省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/40
• 分類號(hào): H02J3/40
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

本發(fā)明公開了一種不平衡電網(wǎng)電壓條件下的虛擬同步機(jī)控制方法，包括獲取虛擬同步機(jī)的輸出電勢和輸出相角并計(jì)算虛擬同步機(jī)在三相靜止坐標(biāo)下的電壓合成指令；計(jì)算虛擬同步機(jī)的負(fù)序電流指令信號(hào)；計(jì)算負(fù)序電流控制支路在基波負(fù)序dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出信號(hào)；得到負(fù)序電流控制支路在三相靜止坐標(biāo)下的輸出信號(hào)；將負(fù)序電流控制支路在三相靜止坐標(biāo)下的輸出信號(hào)與虛擬同步機(jī)的電壓合成指令求和并通過高頻PWM調(diào)制得到虛擬同步機(jī)的控制量。本發(fā)明通過改變負(fù)序電流指令中的調(diào)節(jié)系數(shù)，不改變虛擬同步機(jī)電壓源屬性且可以實(shí)現(xiàn)輸出有功功率恒定、輸出無功功率恒定或者輸出電流對稱正弦等多樣化的控制目標(biāo)，而且可靠性高、相對簡單且控制效果相對較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種不平衡電網(wǎng)電壓條件下的虛擬同步機(jī)控制方法。

背景技術(shù)

基于逆變器的分布式電源在電力系統(tǒng)中的裝機(jī)容量正在迅速發(fā)展。

與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)特性相差異，逆變器缺乏轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或阻尼特性，隨著分布式電源滲透水平的提高，其低慣性和欠阻尼特性影響著電網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性能。增加虛擬慣量是提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的一種有效手段，虛擬同步機(jī)是在傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的理論基礎(chǔ)上，借鑒同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程來控制逆變器，使得逆變器在機(jī)理上和外特性上與同步發(fā)電機(jī)類似，具備虛擬慣性和阻尼。目前，將同步發(fā)電機(jī)特性應(yīng)用于電力電子變流器實(shí)現(xiàn)方式已有不同的控制模型，主要有：歐洲虛擬同步方案、德國虛擬同步機(jī)方案、Synchronverter方案、GEC方案等等。

典型的三相三線制虛擬同步機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，U_dc為直流側(cè)電壓；e_a、e_b和e_c為虛擬同步機(jī)的內(nèi)電勢；u_a、u_b和u_c為虛擬同步機(jī)的輸出端電壓；i_a、i_b和i_c為虛擬同步機(jī)輸出至電網(wǎng)的三相電流；L、C和R分別為虛擬同步機(jī)的濾波電感、濾波電容和阻尼電阻；L_g和R_g為電網(wǎng)的等效線路電感和電阻；u_ga、u_gb和u_gc為電網(wǎng)電壓。

虛擬同步機(jī)模擬同步發(fā)電機(jī)的控制框圖如圖2所示。圖2中：P_ref和Q_ref分別為虛擬同步機(jī)有功和無功指令，P_e和Q_e分別為虛擬同步機(jī)輸出的有功和無功值。J為旋轉(zhuǎn)慣量，K為電壓激勵(lì)系數(shù)，D_p和D_q分別為有功功率和無功功率阻尼系數(shù)，ω為虛擬同步機(jī)輸出角頻率，ω₀為額定角頻率，E為虛擬同步機(jī)輸出電勢，θ為虛擬同步機(jī)輸出相角，E_nom和E_rms分別為額定電壓幅值和輸出電壓幅值。其核心控制算法如下式所示：

通過模擬同步發(fā)電機(jī)的原理得到虛擬同步機(jī)的電壓指令，可實(shí)現(xiàn)在三相電網(wǎng)電壓平衡時(shí)向電網(wǎng)注入恒定的有功功率和無功功率，并為電網(wǎng)提供慣性和阻尼支持。

然而上述模擬同步發(fā)電機(jī)控制模型主要是針對理想電網(wǎng)電壓條件下提出的。配電網(wǎng)電壓受過載、啟動(dòng)電機(jī)和不對稱故障等許多因素的影響存在電壓不平衡。不平衡電壓下虛擬同步機(jī)傳輸至電網(wǎng)的有功無功功率為

上式中和表示虛擬同步機(jī)輸出功率中的直流分量，P_c2、P_s2、Q_c2和Q_s2表示虛擬同步機(jī)輸出功率中的振蕩分量幅值，直流分量和振蕩分量幅值可分別計(jì)算如下

其中，和為虛擬同步機(jī)輸出端正序電壓的dq軸分量，和為虛擬同步機(jī)輸出端負(fù)序電壓的dq軸分量，和為虛擬同步機(jī)輸出正序電流的dq軸分量，和為虛擬同步機(jī)輸出負(fù)序電流的dq軸分量。