[發(fā)明專利]一種虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制方法

有效

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111697622B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 李寧;張世乾;王倩;閻潔
• 申請（專利權）人: 西安理工大學;華北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制方法，包括計算下垂控制模式下VSG的作用電壓，計算VSG的頻率偏差Δω，將頻率偏差Δω注入勵磁調節(jié)器中，改造VSG的電壓控制回路；在無功調節(jié)作用下，對設定的VSG參考無功功率Q_ref與實際無功功率Q之間的跟蹤誤差進行積分運算，得到VSG中定子和轉子的互感M_f及勵磁電流i_f乘積；在無功調節(jié)和頻率偏差反饋調節(jié)同時作用下，測得VSG中轉子角度，結合定子和轉子的互感M_f及勵磁電流i_f得到相應的PWM脈沖，最后將PWM脈沖轉化為驅動信號后輸入功率器件中，即完成對虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制。采用本發(fā)明附加阻尼控制方法，既能抵消電壓耦合帶來的負阻尼，又能提高系統的阻尼能力和系統的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于電子電力技術領域，涉及一種虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制方法。

背景技術

近年來，新能源的大規(guī)模并網應用，使得傳統電力系統中發(fā)電單元的構成發(fā)生了巨大的變化，深刻改變著電力系統的動態(tài)行為。由于新能源電力大都需要經過電力電子變換器接入電網，缺乏同步發(fā)電機(synchronous generator,SG)的轉子慣量支撐，大規(guī)模并網后電力系統的頻率穩(wěn)定問題日益突出。

為了解決新能源并網引起的弱慣量問題，借鑒SG的頻率運行特性，虛擬同步發(fā)電機(virtual synchronous generator,VSG)的控制策略應運而生。VSG通過對SG轉子運動方程的等效模擬來控制逆變器，使其在頻率輸出特性上與SG的頻率響應特性具有一定的相似性。值得商榷的是，VSG控制的逆變器系統雖然具備了慣量特性，但在并網模式中容易引發(fā)系統的不穩(wěn)定。這是因為VSG在具備SG慣量的同時，也繼承了SG容易引起振蕩的風險，在受到擾動時，系統的頻率會產生持續(xù)的振蕩。

在進行大量文獻研究后表明，VSG的頻率-有功與電壓-無功控制的相互耦合弱化了系統的阻尼水平，尤其在VSG并聯組網運行時阻尼能力會受到更大的影響，威脅系統的穩(wěn)定性。針對VSG動態(tài)特性適應性較弱的問題，有專家學者提出了一種自適應虛擬阻抗控制策略，用來解決中低壓阻感線路功率耦合問題，提高系統的可靠性。但這種自適應的虛擬阻抗的實質還是強化了有功-頻率和無功-電壓的耦合關系，減小功率耦合對控制的影響。并且阻抗的優(yōu)化實現較為復雜，不易操作。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制方法，解決了現有虛擬同步發(fā)電機功率調節(jié)與頻率動態(tài)調節(jié)兼顧性差的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制方法，包括以下步驟：

步驟1，計算下垂控制模式下虛擬同步發(fā)電機的作用電壓；

步驟2，計算虛擬同步發(fā)電機的頻率偏差Δω，將頻率偏差Δω注入勵磁調節(jié)器中，改造虛擬同步發(fā)電機的電壓控制回路；

步驟3，在無功調節(jié)作用下，對設定的虛擬同步發(fā)電機參考無功功率Q_ref與實際無功功率Q之間的跟蹤誤差進行積分運算，得到虛擬同步發(fā)電機中定子和轉子的互感M_f及勵磁電流i_f乘積；

步驟4，在無功調節(jié)和頻率偏差反饋調節(jié)同時作用下，測得虛擬同步發(fā)電機中轉子角度，結合定子和轉子的互感M_f及勵磁電流i_f得到相應的PWM脈沖；

步驟5，將PWM脈沖轉化為驅動信號后輸入功率器件中，即完成對虛擬同步發(fā)電機的附加阻尼控制。

本發(fā)明的技術特征還在于，

其中，步驟1的具體過程如下：

利用電壓霍爾元件采集發(fā)電系統中實際電壓U_g，計算無功功率-電壓下垂控制下的虛擬同步發(fā)電機作用電壓E_U：