一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，首先，根据并网所需的输出电压的频率、相位、幅值条件，以及同步发电机设计有功调频控制环与无功调压控制环；然后，基于超前校正预同步方法，使虚拟同步发电机机端电压与电网电压同步。本发明专利技术采用基于超前校正预同步的控制策略后，虚拟同步发电机输出电压与电网电压保持一致，并网动作后无冲击电流，能够很好地实现虚拟同步发电机的平滑并网。

A virtual synchronous generator grid connected control method based on advance correction and pre synchronization

The invention discloses a virtual synchronous generator grid-connected control method based on lead-corrected pre-synchronization. Firstly, according to the frequency, phase and amplitude conditions of the output voltage required for grid-connected, and the synchronous generator, an active frequency modulation control loop and a reactive power voltage regulation control loop are designed; and then, based on the lead-corrected pre-synchronization method, an active frequency modulation control loop and a reactive power voltage regulation control loop are designed. The voltage of the virtual synchronous generator terminal is synchronized with the grid voltage. After adopting the control strategy based on the advance correction pre-synchronization, the output voltage of the virtual synchronous generator keeps the same as the grid voltage, and there is no impulse current after the operation of the grid connection, so the smooth grid connection of the virtual synchronous generator can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法
本专利技术涉及电力工程技术，具体涉及电网分析

技术介绍
随着国民经济的迅速发展，能源缺乏的问题日益凸显。采用清洁能源补充或替代传统化石能源，是保证能源领域可持续发展的重要手段。在电力系统领域，分布式发电作为清洁能源发电的重要形式，得到政府和行业的大力支持，有望成为未来电力供应的重要组成部分。然而，分布式发电的迅速发展，给电力系统的运行带来了诸多挑战。现有分布式发电系统采用电力电子器件并入电网，相比传统发电系统更为灵活，同时也呈现低惯性、弱阻尼等缺点，影响了分布式发电系统与现有电网的友好兼容。一种虚拟阻抗的虚拟同步发电机并网控制方法，不仅可解决传统并网中额外的测量装置制约分布式发电系统灵活输出的问题，而且能实现更为简洁有效的虚拟同步发电机平滑并网，因此具有十分重要的应用价值和和良好的发展前景。通过对现有技术的检索发现，申请号为CN201110047934.7的《基于虚拟阻抗的逆变器并联运行方法》公开了一种逆变器并联运行一种控制方法，针对每台逆变器，引入一虚拟发电机，对虚拟发电机使用下垂控制，利用逆变器的有功和无功分别调节虚拟发电机的频率以及电压幅值，进而求得虚拟发电机的电压指令值，进而求得逆变器的输出电压指令值，控制逆变器输出电压跟踪该指令值，从而实现对虚拟发电机的电压的控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种虚拟阻抗的虚拟同步发电机并网控制方法，实现了虚拟同步发电机的平滑并网，以解决传统并网中额外的测量装置制约分布式发电系统灵活输出的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，首先，根据并网所需的输出电压的频率、相位、幅值条件，以及同步发电机设计有功调频控制环与无功调压控制环；然后，基于超前校正预同步方法，使虚拟同步发电机机端电压与电网电压同步；其中，超前校正预同步方法首先要确定虚拟同步发电机的机端电压输出的超前校正角度然后再设计超前校正环节。优选的，有功调频控制采集电压、电流、频率，计算所需的实际输出有功功率和无功功率；根据频率偏差，通过调频器，再基于同步发电机转子运动方程，计算出目标输出电压相角，最终达到调节虚拟同步机有功输出实现对电网的有功调频目标。优选的，根据电网电压幅值偏差，由无功调节器与电压调节器计算出目标输出电压幅值，调节无功输出，实现对系统的无功调压控制。优选的，确定虚拟同步发电机的机端电压输出的超前校正角度包括如下步骤，(1)测量采集电网电压信息，采用锁相环计算环节得出电网电压的频率、相位信息与幅值信息，分别作为频率给定f、幅值给定Uref、相位给定ω0；(2)采集虚拟同步发电机机端电压，计算电网电压与虚拟同步发电机机端电压的相角差，此相角即为超前校正角度优选的，设计超前校正环节包括如下步骤，(1)超前校正就是在前向通道中串联传递函数为的校正装置；(2)通过下式计算参数α，(3)在Bode图上确定未校正系统幅值为的频率ωm，该频率作为校正后系统开环剪切频率ωc，即ωc＝ωm；(4)通过下面的公式计算参数τ，本专利技术采用基于超前校正预同步的控制策略后，虚拟同步发电机输出电压与电网电压保持一致，并网动作后无冲击电流，能够很好地实现虚拟同步发电机的平滑并网；并通过设计虚拟阻抗环节，使虚拟同步发电机输出功率为零；提出的预同步方法相比传统虚拟同步发电机并网方法更为简单有效。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述：图1是有功调频控制图。图2是无功调压控制图。图3是整体控制框图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例的附图对本专利技术实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供了一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，参考图3所示，包括如下步骤，第一步，根据并网所需的输出电压的频率、相位、幅值条件，以及同步发电机设计有功调频控制环与无功调压控制环；第二步，基于超前校正预同步方法，使虚拟同步发电机机端电压与电网电压同步。第一步是虚拟同步机并网后的控制策略，为虚拟同步发电机基础理论。第二步是本专利技术在并网时减少冲击的控制策略：使得并网之前逆变器(这里指虚拟同步发电机)输出电压和电网电压的频率、相位、幅值完全一致，即实现理论上与电网无功率交换的平滑并网。本专利技术的主要思想，并网时，以采样的的电网电压作为虚拟同步机的目标电压指令，采用超前校正来校正虚拟同步机控制延时与误差，使校正后的虚拟同步发电机输出电压与电网电压的频率、相位、幅值更拟合一致。其中，有功调频控制采集电压、电流、频率，计算所需的实际输出有功功率和无功功率；根据频率偏差，通过调频器，再基于同步发电机转子运动方程，计算出目标输出电压相角，最终达到调节虚拟同步机有功输出实现对电网的有功调频目标。图1中，Pref调度有功指令；P：实际输出的有功功率；fref电网频率基准值(50Hz)；f实际电网电压频率；Tm虚拟机械转矩；Te虚拟电磁转矩；T0虚拟机械转矩指令；Dp虚拟阻尼系数；J:虚拟转动惯量；ω虚拟同步机实际输出电压角速度，在极对数为1的情况下，同步发电机的机械角速度ω即为其电气角速度。ω*虚拟同步机目标输出电压角速度；ω0电网电压角速度；J为同步发电机的转动惯量，kg*m2。实际输出有功功率和无功功率计算具体公式如下：其中，P为有功功率，Q为无功功率，ua、ub、uc为A、B、C三相瞬时采样电压，ia、ib、ic为A、B、C三相瞬时采样电流，N为1个周波采样的点数。虚拟同步发电机的机械方程(同步发电机转子运动方程)可表示为：传统同步发电机通过对机械转矩的调节，来调节发电机的有功输出，并且通过调频器实现对电网频率偏差的响应。借鉴该原理，通过对虚拟同步发电机虚拟机械转矩Tm的调节来实现并网逆变器有功指令的调节。根据电网电压幅值偏差，由无功调节器与电压调节器计算出目标输出电压幅值，调节无功输出，实现对系统的无功调压控制。这个采用的是虚拟同步发电机基本原理，具体公式解释如下：参考图2所示，图中，Qref调度无功指令；Q：实际输出的无功功率；Uref电网电压幅值指令值；U实际电网电压幅值；Tm虚拟机械转矩；Te虚拟电磁转矩；T0虚拟机械转矩指令；E0虚拟同步机机端空载电压；E:虚拟反电动势，也是虚拟同步机目标输出电压幅值。同步发电机通过调节励磁来调节其无功输出及机端电压。类似地，可以通过调节虚拟同步发电机模型的虚拟电势E来调节机端电压和无功。虚拟同步发电机的虚拟电势指令E由3部分组成。其一，是虚拟同步发电机的空载电势E0，表征了逆变器空载离网运行时的机端电压；其二，是对应于无功功率调节的部分ΔEQ，可表示：ΔEQ＝kp(Qref-Q)(其中，kp为无功调节系数)；第3部分对应于机端电压调节单元的输出ΔEU，等效为同步发电机的励磁调节器或自动电压调节器，可表示：ΔEU＝kU(Uref-U)，其中，kU为电压调节系数。超前校正预同步方法原理即用电网电压直接作为虚拟同步发电机输出电压指令，之后可以算出虚拟同步发电机输出电压与电压之间的相角差以及幅值差。即得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，其特征在于，首先，根据并网所需的输出电压的频率、相位、幅值条件，以及同步发电机设计有功调频控制环与无功调压控制环；然后，基于超前校正预同步方法，使虚拟同步发电机机端电压与电网电压同步；其中，超前校正预同步方法首先要确定虚拟同步发电机的机端电压输出的超前校正角度

【技术特征摘要】
1.一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，其特征在于，首先，根据并网所需的输出电压的频率、相位、幅值条件，以及同步发电机设计有功调频控制环与无功调压控制环；然后，基于超前校正预同步方法，使虚拟同步发电机机端电压与电网电压同步；其中，超前校正预同步方法首先要确定虚拟同步发电机的机端电压输出的超前校正角度然后再设计超前校正环节。2.根据权利要求1所述的一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，其特征在于，有功调频控制采集电压、电流、频率，计算所需的实际输出有功功率和无功功率；根据频率偏差，通过调频器，再基于同步发电机转子运动方程，计算出目标输出电压相角，最终达到调节虚拟同步机有功输出实现对电网的有功调频目标。3.根据权利要求1所述的一种基于超前校正预同步的虚拟同步发电机并网控制方法，其特征在于，根据电网电压幅值偏差，由无功调节器与电压调节器计算出目...

【专利技术属性】
技术研发人员：余杰，吴鸣，陶鸿飞，章立宗，楼新恒，孙丽敬，陈小平，杨才明，罗刚，谢栋，许永远，郭勤慧，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司绍兴供电公司，国网浙江省电力有限公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33