[發明專利]基于電感電流微分反饋的虛擬同步機強電網穩定控制方法

有效

• 申請號: 202010754946.2
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN112271737B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 張興;郭梓暄;陳少龍;王楊;潘海龍;高倩;謝震
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/01;H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種基于電感電流微分反饋的虛擬同步機強電網穩定控制方法，屬于分布式發電逆變器控制及電力電子技術領域。應用該控制方法的虛擬同步機的并網拓撲結構包括直流側電壓源、三相逆變器、三相線路阻抗和三相電網。所述方法通過虛擬同步機控制、電感電流微分反饋控制，在不加入實際電感，不增加濾波器成本，不加裝網側電流傳感器的前提下，抑制虛擬同步機強電網下輸出功率振蕩，實現無內環虛擬同步機強電網下穩定運行。

技術領域

本發明屬于分布式發電逆變器控制及電力電子技術領域，尤其是涉及一種基于電感電流微分反饋的虛擬同步機強電網穩定控制方法。所述方法包括虛擬同步機控制、電感電流微分反饋控制，最終實現虛擬串聯電感和虛擬同步機強電網下穩定運行。從而在不增加額外硬件成本的前提下，抑制強電網下虛擬同步機輸出功率振蕩，改善虛擬同步機并網電能質量。

背景技術

電流控制型并網逆變器由于輸出功率調節速度快、MPPT效率和可再生能源利用率高等優點，在基于可再生能源的分布式發電中得到了廣泛應用。然而，電流控制型并網逆變器一般以最大化有功功率輸出為主要運行目標，不能如傳統同步機一樣支撐電網電壓和電網頻率穩定，容易引發不穩定問題。隨著可再生能源發電滲透率的不斷提升，電網逐漸呈現弱電網甚至極弱電網狀態，并網逆變器接入弱電網的穩定性問題得到日益廣泛的關注，虛擬同步機技術應運而生。

虛擬同步機技術能夠模擬傳統同步機的阻尼和慣性，從而為電網提供頻率和電壓支撐。現有研究表明，大規模可再生能源發電設備接入電網時，接入一定比例的虛擬同步機有利于分布式發電系統穩定。另外，與電流控制型并網逆變器不同，虛擬同步機基于電壓控制，在弱電網甚至極弱電網下也具有較強的穩定性。

然而，在可再生能源發電高滲透率條件下，實際電網呈現大幅波動特性。當電網阻抗較小時，基于電壓控制的虛擬同步機的輸出功率將發生振蕩，從而導致虛擬同步機并網不穩定。

現有虛擬同步機一般采用一種具有電壓、電流雙內環的控制結構。對于這種具有電壓、電流雙內環控制結構的虛擬同步機，為了實現強電網下穩定運行，一般需要進行虛擬網側電感控制。為了實現虛擬網側電感控制，則必須加裝網側電流傳感器，從而增加了逆變器硬件成本。

另一種無內環虛擬同步機，無需電壓、電流雙內環結構。其控制方案簡便、易于實施，且其寬頻阻抗特性更接近實際同步機，正得到越來越廣泛的應用。然而，這種虛擬同步機由于不具備電壓控制內環，因此不能采用虛擬網側電感控制，難以實現強電網下穩定運行。為了實現這種無內環虛擬同步機強電網下穩定運行，一般需要增加濾波電感，這將增加逆變器硬件成本。

基于以上兩點，考慮在不加入實際濾波電感、不加裝網側電流傳感器的前提下實現無內環虛擬同步機強電網下穩定運行，具有重要意義。

目前，對于虛擬同步機強電網下穩定運行，已有多篇學術論文進行分析并提出解決方案，例如：

1、題為“虛擬同步發電機及其在微電網中的應用”，《中國電機工程學報》，2014年第16期2591-2603頁的文章。該文研究了虛擬同步發電機及其在微電網中的應用，提出了虛擬同步發電機的一般形式和一般應用，并提出虛擬同步發電機的無縫切換方法、阻尼和慣性設計方法。然而，該文所采用的無內環虛擬同步機由于不具有電壓內環，無法進行虛擬網側電感控制，因而強電網下其輸出功率將發生振蕩。

2、中國發明專利文獻(公開號CN 108390396 A)于2018年08月10日公開的《基于動態虛擬電抗的虛擬同步發電機控制方法》，提出了一種基于動態虛擬電抗的虛擬同步發電機控制方法，在兩相旋轉坐標系中設計虛擬電抗，從而減小虛擬同步發電機輸出有功功率和無功功率在動態過程中的耦合程度，抑制虛擬發電機動態過程中的功率振蕩。然而，該發明所涉及的是具有電壓、電流雙內環控制結構的虛擬同步機；無內環虛擬同步機由于不具有電壓內環，因而無法采用上述控制。另外，實現該控制需要進行網側電流采樣，并需要加裝網側電流傳感器，增加了逆變器硬件成本。