【技术实现步骤摘要】
风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法
本专利技术涉及电力电子变流器控制,特别是一种风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法。
技术介绍
人类社会可持续发展面临着能源安全、环境污染、气候变化等诸多挑战。化石能源大量、广泛的使用,在创造了工业文明的同时也造成环境污染,气候变暖,生态恶化,对人类的生存与发展构成了严重威胁,应对这些挑战的关键是加快能源变革,开发清洁能源,优化能源结构,提高能源效率,具体来讲就是要大力发展风能、太阳能、地热能、潮汐能等可再生能源。我国由于独特的地理优势,陆上可利用风力资源达2.53亿千瓦,海上可利用风力资源达7.5亿千瓦,合计共达10亿千瓦,其分布广泛,可利用风力资源相当丰富,2013年总装机容量一度跃居世界第一。我国风力发电事业潜力巨大,发展迅速,前景广阔。随着分布式的风力发电机大量接入电网,由于其具有间歇性、随机性、不稳定性,会造成发电功率与负荷需求不匹配的问题,从而影响电力系统的安全运行和电能质量。分布式电源一般通过电力电子器件比如整流器、逆变器将电能并网或者输送到负荷,相比于运行成熟的传统发电设备(如同步发电机),电力电子变换器具有响应迅速,控制灵活等优势,但是也有缺乏惯性和阻尼等缺点,从而为电力系统的稳定性带来了一系列的挑战。在传统的电网运行过程中,由于同步发电机的转子固有的惯性,当电源侧和负载侧有功功率不平衡时,同步机转子转速变化从而补偿系统的功率缺额,以平缓电网频率波动。从这个角度看,同步发电机具有充足的旋转备用容量和转动惯量,能够在负荷变化时为配电网提供必要的电压和频率支撑,即“电网友好型”的电源单元。为了得到“电网 ...
【技术保护点】
1.一种风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:1)获取逆变器输入输出端口的电压、电流、频率特征量,计算得到虚拟同步发电机输入及输出功率;2)结合最大功率点跟踪建立背靠背风机并网系统的逆变器的虚拟同步发电机的转子运动方程,得到逆变器PWM调制波相角;3)建立虚拟同步机的虚拟励磁绕组电磁动态方程;4)建立具有励磁控制的虚拟同步发电机单机无穷大系统数学模型并定义其平衡点;5)递归设计直接补偿阻尼系数的虚拟励磁控制器;6)结合虚拟同步机转子运动方程得到的虚拟功角δ、逆变器调制波电压幅值E得出逆变器调制信号,实现风机并网的虚拟同步发电机控制。
【技术特征摘要】
1.一种风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:1)获取逆变器输入输出端口的电压、电流、频率特征量,计算得到虚拟同步发电机输入及输出功率;2)结合最大功率点跟踪建立背靠背风机并网系统的逆变器的虚拟同步发电机的转子运动方程,得到逆变器PWM调制波相角;3)建立虚拟同步机的虚拟励磁绕组电磁动态方程;4)建立具有励磁控制的虚拟同步发电机单机无穷大系统数学模型并定义其平衡点;5)递归设计直接补偿阻尼系数的虚拟励磁控制器;6)结合虚拟同步机转子运动方程得到的虚拟功角δ、逆变器调制波电压幅值E得出逆变器调制信号,实现风机并网的虚拟同步发电机控制。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取所述虚拟同步发电机输出到电网端的电压电流以及电网频率,根据所测电压电流计算虚拟同步机输出功率,包括:1)获取虚拟同步机输出电压电流及电网频率:通过电压电流互感器测量风机并网逆变器在三相abc坐标系下的输出侧电压Uabc及输出电流Iabc;通过锁相环模块测量电网频率ωg;(2)计算虚拟同步机输出功率:利用前述所测输出电压Uabc、输出电流Iabc,按式(1)计算虚拟同步机在abc坐标系输出功率,或将电压电流转换到dq坐标系再进行计算:式中,Ud、Uq,Id、Iq分别为母线电压和母线电流在d轴和q轴分量。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据最大功率点跟踪(MPPT)建立背靠背风机并网系统的逆变器的虚拟同步发电机的转子运动方程,得到逆变器PWM调制波相角,包括:1)根据当前风速和风机的转子转速计算获得的MPPT指令值,结合有功频率下垂控制器的下垂系数的调节信号,通过对下垂系数的改变,使得虚拟拖动转矩的指令值等于MPPT指令值,然后根据虚拟转轴的机械运动特性实现调速器功能:对于有功-频率下垂控制环节,即式中,Pset为虚拟同步控制下逆变器的参考有功输入或上层调度指令;Dp为下垂控制系数(由MPPT指令值决定);ωref为预先设定角速度参考值;(2)建立虚拟同步机的转子运动特性方程为:式中,δ[rad]为逆变器虚拟功角,表示无穷大母线电压与逆变器出口电压之间的夹角;Kd为阻尼系数;ωr[p.u.]为虚拟转子角速度与同步角速度的偏差;ωs=2πf为同步角速度;Pset[p.u.]为虚拟同步控制下逆变器的参考功率指令或上层调度功率指令,对应于传统同步机的机械功率Pm;Pe[p.u.]为逆变器输出电磁功率;3)基于上式(2)、(3),建立有功频率控制模型,得到虚拟转子角速度及调制波信号相角为:式中,δ[rad]为逆变器虚拟功角,也即控制逆变器的PWM调制波信号相角。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述虚拟同步机的虚拟励磁绕组电磁动态方程,包括:1)采用与同步机励磁绕组电磁动态方程中参数相对应的方式,建立虚拟同步发电机励磁绕组电磁动态方程为:其中,Kd′是励磁绕组的时间常数(s);Vset[...
【专利技术属性】
技术研发人员:丁理杰,李国杰,庞磊,汪可友,陈刚,王曦,李燕,
申请(专利权)人:国网四川省电力公司电力科学研究院,上海交通大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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