一種基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可再生能源及分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)研宄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于 虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自上世紀(jì)70年代以來，能源與環(huán)保逐漸成為世界主流關(guān)注的焦點之一。隨著能 源消耗的不斷增加及其傳統(tǒng)能源的不斷減少，新能源的發(fā)展引起了全社會的廣泛關(guān)注及推 動，其中，光伏發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電具有便于大規(guī)模利用和較低的成本的優(yōu)點，因而在近年來獲 得了迅猛的發(fā)展。
[0003] 然而基于現(xiàn)有控制方式下新能源發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運行依賴于強電網(wǎng)，而我國大規(guī) 模新能源多處于電網(wǎng)末端，電網(wǎng)強度較弱，主要表現(xiàn)為同步電源少、輸電線路長，導(dǎo)致新能 源并網(wǎng)點電壓幅值及頻率易受有功、無功功率的影響，從而影響新能源發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運 行，進而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。近年來有學(xué)者提出虛擬同步發(fā)電機技術(shù)（VSG)，即改進現(xiàn)有新能 源發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制策略，附加儲能裝置，模擬常規(guī)同步發(fā)電機組特性，使其具有慣性、 同步/阻尼轉(zhuǎn)矩、電壓及頻率下垂調(diào)節(jié)特性、平滑新能源出力及抑制功率波動。
[0004] 現(xiàn)有虛擬同步發(fā)電機控制方法均需要設(shè)計鎖相環(huán)檢測電網(wǎng)頻率實現(xiàn)阻尼轉(zhuǎn)矩及 有功功率-頻率下垂控制，增加了控制復(fù)雜度，同時電網(wǎng)頻率的檢測誤差將引起有功功率 參考值及實際有功輸出誤差，較大的有功輸出誤差可能使電網(wǎng)頻率偏移，不利于頻率的穩(wěn) 定性。
[0005] 以下給出檢索的相關(guān)文獻：
[0006] [1]JDriesen,KVisscher.VirtualSynchronousGenerators[A].In2008IEEE PowerandEnergySocietyGeneralMeeting-ConversionandDeliveryofElectrical Energyinthe21stCentury[C]. 2008 ： 1一3.
[0007] [2]TomLoix.ParticipationofInverter-connectedDistributedEnergy ResourcesinGridVoltageControl. [D].Leuven:KatholiekeUniversiteit. 2011.
[0008] [3]Q.C.Zhong,G.Weiss,Synchronverter:InvertersthatMimicSynchronous Generators,IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2011，58(4)，Page (s) : 1259 - 1267.
[0009] [4]FangGao,M.RezaIravani.AControlStrategyforaDistributed GenerationUnitinGrid-ConnectedandAutonomousModesofOperation,IEEE TransactionsonPowerDelivery,2008,23 (2),Page(s):850 - 859.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于虛擬同步發(fā) 電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法，該控制方法無需鎖相環(huán)檢測電網(wǎng)就能實現(xiàn)阻尼轉(zhuǎn)矩及有 功功率-頻率下垂控制，簡化了控制結(jié)構(gòu)，避免頻率檢測誤差引起的擾動，增強了電網(wǎng)的穩(wěn) 定性。
[0011] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0012] 一種基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法，包括以下步驟：
[0013] 1)模擬常規(guī)同步發(fā)電機組有功功率控制方法，計算獲得并網(wǎng)逆變器相電壓相位 值；
[0014] 2)模擬常規(guī)同步發(fā)電機組無功功率控制方法，計算獲得并網(wǎng)逆變器相電壓幅度 值；
[0015] 3)根據(jù)步驟1)和步驟2)獲得的逆變器相電壓相位值及逆變器相電壓幅度值計算 出三相電壓參考值，再根據(jù)檢測得到的直流側(cè)電壓Ud。計算出三相調(diào)制波，將三相調(diào)制波與 載波比較得到六個開關(guān)信號，控制主電路中開關(guān)器件的關(guān)斷和導(dǎo)通。
[0016] 步驟1)所述并網(wǎng)逆變器相位值的計算具體操作步驟如下：
[0017] 步驟一，設(shè)定VSG角頻率參考值wMf，以VSG角頻率w作為頻率反饋，由式（1)計算 電磁轉(zhuǎn)矩參考值MMf;
【主權(quán)項】
1. 一種基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 模擬常規(guī)同步發(fā)電機組有功功率控制方法，計算獲得并網(wǎng)逆變器相電壓相位值； 2) 模擬常規(guī)同步發(fā)電機組無功功率控制方法，計算獲得并網(wǎng)逆變器相電壓幅度值； 3) 根據(jù)步驟1)和步驟2)獲得的逆變器相電壓相位值及逆變器相電壓幅度值計算出三 相電壓參考值，再根據(jù)檢測得到的直流側(cè)電壓Ud。計算出三相調(diào)制波，將三相調(diào)制波與載波 比較得到六個開關(guān)信號，控制主電路中開關(guān)器件的關(guān)斷和導(dǎo)通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法，其特征在 于，步驟1)所述并網(wǎng)逆變器相位值的計算具體操作步驟如下： 步驟一，設(shè)定VSG角頻率參考值wMf，以VSG角頻率w作為頻率反饋，由式（1)計算電磁 轉(zhuǎn)矩參考值MMf; Mref=(wref-w)Kp+M〇 (1) 其中，Kp為阻尼系數(shù)，M^為初始轉(zhuǎn)矩； 步驟二，根據(jù)測量得到的三相電流ia、ib、i。及三相電壓ea、eb、e。，計算輸出的有功功率Pel，再利用VSG角頻率w，通過式⑵計算電磁轉(zhuǎn)矩反饋Mel:
步驟三，將t時刻的VSG角頻率加速度#經(jīng)過一階慣性環(huán)節(jié)處理，如式（3)，得到阻尼 轉(zhuǎn)矩AM;
其中，Kd為阻尼系數(shù)，Td為時間常數(shù)，s表示拉普拉斯算子； 步驟四，利用步驟一得到的電磁轉(zhuǎn)矩參考值Mref，步驟二得到的電磁轉(zhuǎn)矩反饋Mel及步 驟三得到的阻尼轉(zhuǎn)矩AM，按照式（4)計算得到t'時刻VSG角頻率加速度
其中，J為虛擬轉(zhuǎn)動慣量； 步驟五，將VSG角頻率加速度進行積分，得到角頻率w，再將角頻率w進行積分，得 到逆變器相電壓相位0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法，其特征在 于，步驟2)所述并網(wǎng)逆變器相電壓幅度值的計算具體操作如下： 步驟一，設(shè)定電壓幅度參考值vMf，檢測并網(wǎng)點電壓幅度v"p，按照式（5)計算無功參考 值Qref: Qref-(Vref_Vamp)D(j+Q0 (5) 其中，Dq為無功下垂系數(shù)，Q^為初始無功值； 步驟二，根據(jù)三相電流及三相電壓計算輸出的無功Q，將步驟一得到的無功參考值Q,ef 減去輸出的無功Q，得到無功誤差A(yù)Q，將無功誤差A(yù)Q進行積分后再乘以積分系數(shù)KQ，得到 相電壓幅度Ep
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的逆變器并網(wǎng)控制方法，屬于分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)研究領(lǐng)域。所用技術(shù)方案為：模擬常規(guī)同步發(fā)電機組有功功率控制方法計算獲得并網(wǎng)逆變器相電壓相位值；模擬常規(guī)同步發(fā)電機組無功功率控制方法計算獲得并網(wǎng)逆變器相電壓幅度值；根據(jù)逆變器相電壓相位值及逆變器相電壓幅度值計算出三相電壓參考值，再根據(jù)檢測得到的直流側(cè)電壓計算出三相調(diào)制波，將三相調(diào)制波與載波比較得到六個開關(guān)信號，控制主電路中開關(guān)器件的關(guān)斷和導(dǎo)通。發(fā)明利用自身控制環(huán)節(jié)信號來實現(xiàn)系統(tǒng)阻尼及有功功率-頻率下垂控制，無需檢測電網(wǎng)頻率。該方法簡化了控制結(jié)構(gòu)，避免了頻率檢測環(huán)節(jié)引起的問題。仿真和實驗結(jié)果驗證了所提方法的有效性。
【IPC分類】H02J3-40
【公開號】CN104578173
【申請?zhí)枴緾N201510039155
【發(fā)明人】劉進軍, 佘洪偉, 劉增, 周思展
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月26日