[發(fā)明專利]基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步機(jī)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111472189.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114123339A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉東;王憲萍;楊林濤;王嬋瓊;王紅斌;倪喜軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/24;H02J3/26;H02J3/01
• 代理公司: 南京品智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32310
• 代理人: 陸群

本發(fā)明基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步機(jī)控制方法屬于分布式能源變流器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法。包括VSG環(huán)節(jié)、SAI環(huán)節(jié)和前饋環(huán)節(jié)；VSG環(huán)節(jié)提供了一種并網(wǎng)逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控思路，通過(guò)控制策略實(shí)現(xiàn)了等效于常規(guī)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，提升新能源接入電網(wǎng)下的控制特性；SAI環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)提取電網(wǎng)負(fù)序和諧波分量；前饋環(huán)節(jié)根據(jù)SAI環(huán)節(jié)提供的電網(wǎng)電壓負(fù)序和諧波分量，通過(guò)在控制器中加入前饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)諧波的抑制，使VSG在非理想電網(wǎng)電壓下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓負(fù)序分量和諧波分量的完全抵消；實(shí)現(xiàn)該控制方法在不同電網(wǎng)工況下對(duì)電流諧波的抑制效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步機(jī)控制方法屬于分布式能源變流器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，新能源如光伏和風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其發(fā)電比例在電網(wǎng)中占比也逐年提升。由于新能源發(fā)電系統(tǒng)受外界環(huán)境影響，其輸出存在一定隨機(jī)性和波動(dòng)性，大量新能源并網(wǎng)接入對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)，同時(shí)，相比于常規(guī)大容量發(fā)電機(jī)組，基于電力電子變流器的分布式發(fā)電系統(tǒng)慣性和阻尼小，使得高滲透率新能源接入下電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)功率波動(dòng)更為敏感，系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題更為嚴(yán)重，亟需從根源上找到解決上述問(wèn)題的辦法。

傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供良好支撐，虛擬同步發(fā)電機(jī)(virtualsynchronous generator，VSG)模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，通過(guò)對(duì)新能源并網(wǎng)逆變器的調(diào)控使其與同步發(fā)電機(jī)具有類似的外特性，從而提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。常規(guī)的VSG控制方案基于對(duì)稱電網(wǎng)電壓，針對(duì)三相電網(wǎng)電壓不對(duì)稱和電網(wǎng)存在諧波等實(shí)際電網(wǎng)工況，會(huì)導(dǎo)致電流畸變、功率波動(dòng)等問(wèn)題，進(jìn)一步惡化電網(wǎng)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足之處提供一種基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步控制方法，結(jié)合正弦幅值積分方法提出實(shí)時(shí)提取出電網(wǎng)負(fù)序和諧波分量方法，開(kāi)展了VSG并網(wǎng)適應(yīng)性控制方法，改善了VSG機(jī)理及其工作特性，通過(guò)構(gòu)建電網(wǎng)電壓負(fù)序和低次諧波分量前饋控制方案，減小了并網(wǎng)電流控制器的負(fù)擔(dān)并實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)適應(yīng)性控制。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

基于正弦幅值積分法前饋量提取的虛擬同步機(jī)控制方法，包括VSG環(huán)節(jié)、SAI環(huán)節(jié)和前饋環(huán)節(jié)；VSG環(huán)節(jié)提供了一種并網(wǎng)逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控模式，通過(guò)控制策略實(shí)現(xiàn)了等效于常規(guī)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，提升新能源接入電網(wǎng)下的控制特性；SAI環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)提取電網(wǎng)負(fù)序和諧波分量；前饋環(huán)節(jié)根據(jù)SAI環(huán)節(jié)提供的電網(wǎng)電壓負(fù)序和諧波分量，通過(guò)在控制器中加入前饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)諧波的抑制，使VSG在非理想電網(wǎng)電壓下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓負(fù)序分量和諧波分量的完全抵消。

所述VSG環(huán)節(jié)為基于同步發(fā)電機(jī)二階等效模型，結(jié)合轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和定子電氣方程，虛擬同步機(jī)機(jī)械部分和電磁部分的模型如下：

其中，v表示端電壓，e表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，i表示定子電樞電流，r表示定子繞組電樞電阻，L表示電機(jī)定子繞組自感，M_f表示轉(zhuǎn)子之間互感的最大值，i_f表示轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，θ表示轉(zhuǎn)子繞組磁場(chǎng)軸線與a相定子繞組軸線的夾角，J表示同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω表示同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，T_m表示虛擬機(jī)械轉(zhuǎn)矩，T_e表示電磁轉(zhuǎn)矩，D_p表示同步電機(jī)的摩擦系數(shù)，ω_r表示基準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，P表示并網(wǎng)有功，Q表示并網(wǎng)無(wú)功。

SAI環(huán)節(jié)即正弦幅值積分器環(huán)節(jié)，其負(fù)反饋部分包含以下2個(gè)閉環(huán)復(fù)系數(shù)傳遞函數(shù)：

其中k為影響因子，選取k值為以確保可將對(duì)應(yīng)諧波分量準(zhǔn)確快速的提取出來(lái)，n為諧波次數(shù)，w₀為基波的角頻率。