[發(fā)明專利]抑制虛擬同步發(fā)電機頻率振蕩的虛擬電感控制方法和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113489027B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設計）人: 李暢
• 申請（專利權）人: 李暢
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/48;H02J3/50;H02J3/01;H02J3/42
• 代理公司: 衡陽雁城專利代理事務所(普通合伙) 43231
• 代理人: 龍騰

抑制虛擬同步發(fā)電機頻率振蕩的虛擬電感控制方法和系統(tǒng)，通過建立虛擬電感引入前后的系統(tǒng)功率模型，根據(jù)功率守恒的原則，籍由有功功率與無功功率前饋來模擬L濾波器電感的附加電感，然后根據(jù)穩(wěn)定判據(jù)來計算高功率耦合度下保持系統(tǒng)穩(wěn)定所需的虛擬電感值。本發(fā)明僅引入虛擬電感來增加濾波器電感值，不需要在濾波器中新加電感，而是在控制方案中加入電感，避免了額外的成本和硬件修改，同時，本發(fā)明建立了含虛擬電感的有功功率與無功功率前饋虛擬同步發(fā)電機(VSG)并網(wǎng)模型，特征值的根軌跡表明，該虛擬電感前饋控制方案可以有效抑制并網(wǎng)VSG系統(tǒng)頻率振蕩，可以在有功功率與無功功率高度耦合時使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保持了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子裝置控制技術領域，特別涉及一種抑制虛擬同步發(fā)電機頻率振蕩的虛擬電感控制方法和系統(tǒng)。

背景技術

近些年來，越來越多的分布式可再生能源發(fā)電并入到傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，這使得電網(wǎng)能源結構變得越來越復雜。由于可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出慣性小、阻尼差的顯著特性，使得系統(tǒng)遭受擾動時的頻率變化率和頻率偏移量在大范圍內(nèi)波動，威脅交流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

虛擬同步發(fā)電機控制模擬了傳統(tǒng)同步發(fā)電機的慣性和阻尼特性，是一種新興的改善系統(tǒng)慣性和阻尼的技術。虛擬慣性控制策略，為交流電網(wǎng)提供慣性，減小頻率偏移量。在分布式電源并網(wǎng)的系統(tǒng)中線路呈現(xiàn)出阻感特性，有功功率與無功功率之間存在耦合，在有功功率和無功功率耦合程度高的情形下，當系統(tǒng)發(fā)生擾動時，并網(wǎng)系統(tǒng)將出現(xiàn)次同步振蕩穩(wěn)定性問題。現(xiàn)有的逆變器或并網(wǎng)VSG振蕩抑制方案都是基于電壓電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制來抑制逆變器或并網(wǎng)VSG振蕩，無法實現(xiàn)無雙環(huán)控制結構的并網(wǎng)VSG系統(tǒng)的次同步振蕩抑制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種抑制虛擬同步發(fā)電機頻率振蕩的虛擬電感控制方法，以實現(xiàn)無電壓電流雙閉環(huán)的并網(wǎng)VSG功率解耦控制，以及并網(wǎng)VSG的頻率振蕩抑制。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：抑制虛擬同步發(fā)電機頻率振蕩的虛擬電感控制方法，建立虛擬電感引入前后的系統(tǒng)功率模型，根據(jù)功率守恒的原則，通過有功功率與無功功率前饋來模擬L濾波器電感的附加電感，然后根據(jù)穩(wěn)定判據(jù)計算高功率耦合度下保持系統(tǒng)穩(wěn)定所需的虛擬電感值，通過調節(jié)所引入的虛擬電感值并使其與計算值一致，進而實現(xiàn)無電壓電流雙閉環(huán)的并網(wǎng)VSG功率解耦控制，提高并網(wǎng)系統(tǒng)在高功率耦合情形下的穩(wěn)定性。

具體而言，上述虛擬電感控制方法包括以下步驟：

(1)根據(jù)獲取的虛擬同步發(fā)電機三相輸出電壓、三相并網(wǎng)電流，建立引入虛擬電感前后的系統(tǒng)功率模型，計算虛擬同步發(fā)電機輸出有功功率與無功功率；

(2)根據(jù)有功功率和無功功率參考值，結合VSG慣量方程獲得虛擬同步發(fā)電機輸出電壓幅值和相角；

(3)確定系統(tǒng)有功功率與無功功率的耦合程度，根據(jù)所確定的系統(tǒng)功率耦合程度，分析系統(tǒng)參數(shù)及控制參數(shù)與有功通道和無功通道耦合程度的關系；

(4)通過有功功率與無功功率前饋來模擬L濾波器電感的附加電感，根據(jù)穩(wěn)定性分析方法，分析虛擬電感引入前后及引入虛擬電感的大小與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關系，計算出高功率耦合度下保持系統(tǒng)穩(wěn)定所需的虛擬電感值。

其中，在步驟(1)中，按下式計算虛擬同步發(fā)電機輸出有功功率P和無功功率Q：

其中，e_d、e_q為dq坐標系下的虛擬同步發(fā)電機的輸出電壓，i_d、i_q為dq坐標系下的系統(tǒng)并網(wǎng)電流，且有：