一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，它包括：建立配电网柔性互联闭环运行结构；每回10kV交流线路均通过隔离变压器与具备双向功率流动功能的MMC交流侧连接；每个MMC的直流侧通过直流母线连接起来；采用基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换；本发明专利技术基于直流配电中心的多端柔性互联配电网交流系统间能提供功率的相互支撑，故障情况下通过有功功率和无功功率的交互，能保证故障交流母线的电压和频率稳定，具备天然采用虚拟同步发电机技术的结构特点；在柔性互联配电网中引入虚拟同步发电机控制，利用其一次调频、调压和阻尼特性实现并/离网运行模式无缝切换。

A Seamless Switching Method of Virtual Synchronous Generator Based on DC Distribution Center

The invention discloses a seamless switching method of virtual synchronous generator based on DC distribution center, which includes: establishing flexible interconnection closed-loop operation structure of distribution network; connecting 10 kV AC line with MMC AC side with bidirectional power flow function through isolation transformer; connecting DC side of each MMC through DC bus; adopting virtual synchronous generator technology based on virtual synchronous generator technology. The invention realizes seamless switching between different operation modes of flexible interconnected distribution network; the AC system of multi-terminal flexible interconnected distribution network based on DC distribution center can provide mutual support of power; in case of failure, the voltage and frequency of fault AC busbar can be guaranteed to be stable by the interaction of active power and reactive power, and has the structure naturally adopting virtual synchronous generator technology. Features: Virtual synchronous generator control is introduced into flexible interconnected distribution network, and seamless switching of parallel/offline operation mode is realized by its primary frequency, voltage and damping characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法
本专利技术属于属于电力电子装置控制领域，尤其涉及一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法。
技术介绍
传统配电网是一个刚性系统，电源的接入与退出、电能的传输等都缺乏弹性，致使配电网没有动态柔性及灵活调节特性，配电网各部分存在负载不平衡的现象且相互之间不存在功率相互支撑的能力，难以满足配电系统对于电能质量的要求。交直流柔性互联配电网采用闭环连接闭环运行方式，能有效的解决传统配电网电源的接入与退出、电能质量等都缺乏弹性的问题，但是涉及到交直流系统互联配电和分布式电源的接入，多端柔性互联配电系统并离网的无缝切换是保证系统高效运行和系统运行可靠性的关键；
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，采用基于直流配电中心的多端柔性互联配电网交流系统间能提供功率的相互支撑，故障情况下通过有功功率和无功功率的交互，能保证故障交流母线的电压和频率稳定，具备天然采用虚拟同步发电机技术的结构特点；在柔性互联配电网中引入虚拟同步发电机控制，利用其一次调频、调压和阻尼特性实现并/离网运行模式无缝切换。本专利技术具体采用以下技术方案：一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，它包括：步骤1、建立配电网柔性互联闭环运行结构；每回10kV交流线路均通过隔离变压器与具备双向功率流动功能的MMC交流侧连接；每个MMC的直流侧通过直流母线连接起来，形成配电网柔性互联闭环运行结构；步骤2、采用基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换。步骤2所述采用采用基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换的方法包括：当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC启动虚拟同步发电机附加控制，实现并网前常规控制方式向虚拟同步发电机控制切换，剩下的控制直流母线电压的MMC提供i#MMC交流侧负荷的功率支持，实现第i回10kV交流线路运行状态并网转为离网的无缝切换；当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由离网转为并网运行时，i#MMC启动预同步环节，利用虚拟同步发电机技术调节PCC开关MMC侧电压，实现虚拟同步发电机控制向常规控制方式切换；当直流配电中心第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC启动虚拟同步发电机附加控制，虚拟同步发电机具有一次调频和一次调压特性，一次调频是指第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC交流侧输出有功P不能满足系统负荷需求，导致系统频率ω下降，与给定频率ωn产生频率差值Δω，通过有功-频率下垂系数DP，调节i#MMC交流侧输出有功P与给定有功Pref的差值，进行频率调节；公式为：P＝Pref+Dp(ωn-ω)。所述一次调压是指第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，由于i#MMC交流侧无功功率Q发生变化，不能满足系统运行要求，i#MMC交流侧的实际电压幅值Vn会发生变化，与i#MMC交流侧电压参考幅值Vref的差值ΔV，通过无功-电压下垂系数Dq调节i#MMC交流侧实际无功Q与给定有功Qref的差值，进行电压调节；输出无功功率和电压参考幅值的公式如下：当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由离网转为并网运行时，i#MMC启动预同步环节，利用虚拟同步发电机技术调节PCC开关MMC侧电压，实现虚拟同步发电机控制向常规控制方式切换；预同步控制包括幅值同步和相位同步，幅值同步将PCC开关第i回10kV交流线路侧电压幅值与i#MMC交流侧电压幅值的差值ΔV，通过积分环节PI进行无静差调节，然后将积分器的输出信号作为电压的幅值偏差信号叠加在无功-电压控制上，相位同步是将PCC开关第i回10kV交流线路侧电压相角与i#MMC交流侧电压相角的差值Δθ，通过积分环节PI进行无静差调节，然后将积分器的输出信号作为电压相角的偏差信号叠加在有功-频率控制上；当预同步过程完成后，闭合PCC开关，此时将其控制由虚拟同步发电机控制切换为PQ控制。本专利技术有益效果：本专利技术提出在柔性互联配电网中引入直流配电中心的虚拟同步发电机控制技术。考虑直流配电中心的虚拟同步发电机控制技术并网运行适应性，提出一种适用于基于直流配电中心的柔性互联配电网并/离网切换的PQ-VSG控制策略，可实现在柔性互联配电网中负荷突增或突减下的功率相互支撑、并/离网运行模式的无缝切换，大大提高了系统运行的可靠性和可满足配电系统对于电能质量的要求；在故障条件或并/离网运行模式相互转换时，或负荷突增或突减，基于直流配电中心的柔性互联配电网都有较好的调节特性，多端互联的功率相互支撑特性能够根据负荷功率做出快速的响应，调节过程较为平滑，不会出现功率阶跃和大的电流冲击；采用基于直流配电中心的多端柔性互联配电网交流系统间能提供功率的相互支撑，故障情况下通过有功功率和无功功率的交互，能保证故障交流母线的电压和频率稳定，具备天然采用虚拟同步发电机技术的结构特点；在柔性互联配电网中引入虚拟同步发电机控制，利用其一次调频、调压和阻尼特性实现并/离网运行模式无缝切换。附图说明：图1为基于直流配电中心的柔性互联配电网拓扑结构；图2为直流配电中心总控制框图；图3为预同步单元控制框图；图4为VDC下垂控制框图。具体实施方式一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，它是基于直流配电中心的虚拟同步发电机技术和基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换。第1回10kV交流线路通过1#隔离变压器与具备双向功率流动功能的1#MMC交流侧连接；第2回10kV交流线路通过2#隔离变压器与具备双向功率流动功能的2#MMC交流侧连接；以此类推，第N回10kV交流线路通过N#隔离变压器与具备双向功率流动功能的N#MMC交流侧连接；N个MMC的直流侧通过直流母线连接起来，形成配电网柔性互联闭环运行结构。N个MMC均在常规的控制基础上，配置有虚拟同步发电机附加控制和预同步环节。当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC启动虚拟同步发电机附加控制，实现并网前常规控制方式向虚拟同步发电机控制切换，其余控制直流母线电压的MMC提供i#MMC交流侧负荷的功率支持，实现第i回10kV交流线路运行状态并网转为离网的无缝切换。反之，当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由离网转为并网运行时，i#MMC启动预同步环节，利用虚拟同步发电机技术调节PCC开关MMC侧电压，实现虚拟同步发电机控制向常规控制方式切换。基于直流配电中心的柔性互联配电网从并网运行模式向离网运行模式的无缝切换过程如下：当直流配电中心第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC启动虚拟同步发电机附加控制，虚拟同步发电机具有一次调频和调压特性，一次调频是指第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC交流侧输出有功P不能满足系统负荷需求，导致系统频率ω下降，与给定频率ωn产生频率差值Δω，通过有功-频率下垂系数DP，调节i#MMC交流侧输出有功P与给定有功Pref的差值，进行频率调节，虚拟同步发电机的机械功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，它包括：步骤1、建立配电网柔性互联闭环运行结构；每回10kV交流线路均通过隔离变压器与具备双向功率流动功能的MMC交流侧连接；每个MMC的直流侧通过直流母线连接起来，形成配电网柔性互联闭环运行结构；步骤2、采用基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换。

【技术特征摘要】
1.一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，它包括：步骤1、建立配电网柔性互联闭环运行结构；每回10kV交流线路均通过隔离变压器与具备双向功率流动功能的MMC交流侧连接；每个MMC的直流侧通过直流母线连接起来，形成配电网柔性互联闭环运行结构；步骤2、采用基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换。2.根据权利要求1所述的一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，其特征在于：步骤2所述采用采用基于虚拟同步发电机技术实现柔性互联配电网不同运行模式之间的无缝切换的方法包括：当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC启动虚拟同步发电机附加控制，实现并网前常规控制方式向虚拟同步发电机控制切换，剩下的控制直流母线电压的MMC提供i#MMC交流侧负荷的功率支持，实现第i回10kV交流线路运行状态并网转为离网的无缝切换；当接入MMC交流侧的第i回10kV交流线路运行状态由离网转为并网运行时，i#MMC启动预同步环节，利用虚拟同步发电机技术调节PCC开关MMC侧电压，实现虚拟同步发电机控制向常规控制方式切换。3.根据权利要求2所述的一种基于直流配电中心的虚拟同步发电机无缝切换方法，其特征在于：当直流配电中心第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC启动虚拟同步发电机附加控制，虚拟同步发电机具有一次调频和一次调压特性，一次调频是指第i回10kV交流线路运行状态由并网转为离网运行时，i#MMC交流侧输出有功P不能满足系统负荷需求，导致系统频率ω下降，与给定频率ωn产生频...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈竹奎，徐玉韬，谢百明，吕黔苏，肖永，齐雪雯，班国邦，徐长宝，毛时杰，袁旭峰，高吉普，邵振，陈明洋，黄伟煌，刘斌，马春雷，丁健，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52