基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法技术

技术编号:14874198 阅读:157 留言:0更新日期:2017-03-23 21:50
本发明专利技术公开了一种基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法,本方法使用的VSG‑DG控制系统通过电压电流采集模块采集VSG‑DG的内环电流、输出电流和VSG‑DG并网的PCC处电压,经过功率计算模块、有功‑频率控制模块和无功‑电压控制模块,用以模拟同步发电机的有功调频与无功调压功能,再通过电压转换模块、电压补偿控制模块、直流电压控制模块和电流控制模块,实现VSG‑DG的输出外特性与同步发电机外特性一致,其中无功‑电压控制模块根据PCC电压波动情况,自适应设置PCC电压补偿参考值,有效抑制PCC处电压波动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式发电主动配电网的电能质量管理领域,具体涉及一种基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法
技术介绍
传统的配电网通常依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性,以保证电力系统的安全可靠,其运行控制方法相对简单。近十几年来,电力电子技术的快速发展解决了分布式电源(distributedgeneration,DG)在中低压配电网的并网运行问题,促进了DG被广泛应用在电力系统各层级上。但是,传统的配电网仍然存在可再生能源消纳能力不足、一次网架薄弱、自动化水平不高、调度方式落后以及用电互动化水平较低等问题,严重制约了DG的高度渗透,不利于能源结构的优化调整。面对负荷增长缓慢、配电网发展空间资源有限、网络规模较难扩展的现状,主动配电网技术应运而生,旨在解决电网兼容及应用大规模间歇式可再生能源提升绿色能源利用率、优化一次能源结构等问题。传统的被动式配电网采用就地消纳间歇式能源模式。当DG接入配电网后,由于DG具有间歇性、随机性、非线性等特征,若间歇式能源所发电力过剩,配电网本身没有调节能力无法上送配电网,只能降低其出力运行。而主动配电网具有消纳间歇式能源的调节能力,若间歇式能源所发电力过剩,在满足配电网运行约束的条件下通过柔性负荷以及多层次电网的分层消纳能力消纳过剩的能源。然而,这会导致配电网出现潮流反向,在主动配电网(AND)馈线的任何位置都有可能出现电压调整问题,电压质量控制面临更加严峻的挑战。近年来,集成了同步发电机控制模型的虚拟同步发电机型分布式电源(VSG-DG)得到了普遍的关注。由于其实现了可再生能源并网单元与同步发电机在物理上和数学上的等效,可有效降低大规模可再生能源并网对电网的冲击,引起了全球范围内的广泛研究兴趣。图1所示为接入了VSG-DG的主动配电网的一条馈线,包括三个公共母线PCC和三组负荷,每个公共母线PCC处均接入若干DG和VSG-DG。DG包括直流微源、三相全桥逆变器、LC滤波电路以及DG控制系统,VSG-DG包括直流侧电容、三相全桥逆变器、LC滤波电路以及VSG-DG控制系统。VSG-DG是通过VSG-DG控制系统的控制使DG的输出外特性与同步发电机外特性一致,其中VSG-DG控制系统主要包括有功-频率控制模块和无功-电压控制模块,VSG-DG控制方法是通过采集VSG-DG的出口电压电流,经过有功-频率控制模块和无功-电压控制模块,输出脉冲宽度调制信号,脉冲宽度调制信号输入到三相全桥逆变器,改变逆变器输出功率,从而模拟同步发电机的运行机制。目前接入主动配电网的VSG-DG的功能主要是改善电网的频率稳定性。当电网出现电压波动问题时,VSG-DG无法快速响应而提高主动配电网电压控制水平。这一切都与主动配电网的要求不相符。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:现有的VSG-DG控制方法未能很好地模拟同步发电机外特性且无法抑制主动配电网ADN公共母线PCC电压波动。本专利技术的具体技术方案如下:一种基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、构建虚拟同步发电机型分布式电源VSG-DG的控制系统,主要包括电压电流采集模块、功率计算模块、有功-频率控制模块、无功-电压控制模块、电压转换模块、电压补偿控制模块、直流电压控制模块和电流控制模块,电压电流采集模块用于采集VSG-DG的内环电流值、输出电流值及VSG-DG并网的公共母线PCC处电压值,电压电流采集模块的输出端连接功率计算模块的输入端、无功-电压控制模块的输入端和电流控制模块的输入端,功率计算模块的输出端连接有功-频率控制模块的输入端、无功-电压控制模块的输入端和电压补偿模块的输入端,有功-频率控制模块的输出端和无功-电压控制模块的输出端均连接电压转换模块的输入端,电压转换模块的输出端连接电压补偿控制模块的输入端,电压补偿控制模块的输出端和直流电压控制模块的输出端均连接电流控制模块的输入端,电流控制模块的输出端连接VSG-DG的三相全桥逆变器;S2、电压电流采集模块采集VSG-DGi接入的PCC处电压在三相静止abc坐标系的值vabc和VSG-DGi的输出电流在三相静止abc坐标系的值iabc,i,计算PCC处电压vabc的模值V,并将其转换为在两相静止αβ坐标系中的实时电压值vαβ,其中VSG-DGi为接入PCC的第i个VSG-DG;S3、功率计算模块计算VSG-DGi的输出无功Qi和输出有功Pi;S4、无功-电压控制模块根据PCC电压波动情况,自适应设置PCC电压补偿参考值Vref;S5、设置VSG-DGi的输出无功参考值Qref,i和输出有功参考值Pref,i,无功-电压控制模块根据电压补偿参考值Vref、输出无功Qi和输出无功参考值Qref,i,输出VSG-DGi的虚拟定子内电动势其中,ku和K分别是无功-电压控制模块的下垂系数与积分系数;有功-频率控制模块根据输出有功Pi和输出有功参考值Pref,i,输出VSG-DGi的虚拟电角度其中,J为转动惯量,D为阻尼系数,ω为VSG转子角频率;S6、电压转换模块通过虚拟定子内电动势Ei和虚拟电角度θ1,i,计算控制参考电压其中S7、电压补偿模块根据控制参考电压实时电压vαβ和输出无功Qi,计算VSG-DGi的输出电流参考过程量其中nP,i为有功分配系数,ke,p为电压误差比例系数,kP,P、kI,P分别为电压补偿模块的比例系数和积分系数;S8、设置VSG-DGi的额定直流电压采集VSG-DGi的直流侧电压VDC,i,直流电压控制模块计算为将实时直流电压维持在额定直流电压而VSG-DGi需吸收的有功功率其中kP,DC和kI,DC分别为直流电压控制模块的比例系数和积分系数,并计算需吸收的有功电流S9、电流控制模块将输出电流参考值与VSG-DGi的额定电流IN比较后,合成脉冲宽度调制输入信号,经过脉冲宽度调制后输出给VSG-DGi的三相全桥逆变器。进一步,S4的具体步骤为:若PCC处电压模值V>1.07VN,电压补偿参考值若PCC处电压模值V<0.93VN,电压补偿参考值若0.93VN<V<1.07VN,电压补偿参考值Vref=VN;其中VN是配电网额定电压,H为采样率,ΔVs2为PCC电压波动后第2个采样周期的电压变化量,t为从电压波动开始计时的时刻,电压补偿参考值调节时间为PCC电压波动后,根据PCC电压偏差程度确定自适应反正切曲率控制的轨迹曲率,根据PCC电压变化率确定电压调节时间,提高了主动配电网电压和频率的鲁棒性。进一步,S9中电流控制模块的具体执行步骤为:S9.1合成VSG-DGi的输出电流参考值若输出电流参考值超过VSG-DGi的额定电流IN,则S9.2输出电流参考值和电压电流采集模块采集的输出电流值iαβ,i通过第一比例谐振控制器,得到VSG-DGi的内环电流参考值S9.3内环电流参考值减去内环电流值iL,αβ,i后经过第二比例谐振控制器,得到两相静止αβ坐标系下的PWM控制输入信号UPWM,i,αβ;S9.4经过两相静止αβ坐标系到三相静止abc坐标系的变换,得到三相静止abc坐标系下的PWM控制输入信号UPWM,i,abc,输入PWM生成单元进行脉冲宽度调制,脉冲调制后输出给VSG-DGi本文档来自技高网
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基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法

【技术保护点】
一种基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、构建虚拟同步发电机型分布式电源VSG‑DG的控制系统,主要包括电压电流采集模块、功率计算模块、有功‑频率控制模块、无功‑电压控制模块、电压转换模块、电压补偿控制模块、直流电压控制模块和电流控制模块,电压电流采集模块用于采集VSG‑DG的内环电流值、输出电流值及VSG‑DG并网的公共母线PCC处电压值,电压电流采集模块的输出端连接功率计算模块的输入端、无功‑电压控制模块的输入端和电流控制模块的输入端,功率计算模块的输出端连接有功‑频率控制模块的输入端、无功‑电压控制模块的输入端和电压补偿模块的输入端,有功‑频率控制模块的输出端和无功‑电压控制模块的输出端均连接电压转换模块的输入端,电压转换模块的输出端连接电压补偿控制模块的输入端,电压补偿控制模块的输出端和直流电压控制模块的输出端均连接电流控制模块的输入端,电流控制模块的输出端连接VSG‑DG的三相全桥逆变器;S2、电压电流采集模块采集VSG‑DGi接入的PCC处电压在三相静止abc坐标系的值vabc和VSG‑DGi的输出电流在三相静止abc坐标系的值iabc,i,计算PCC处电压vabc的模值V,并将其转换为在两相静止αβ坐标系中的实时电压值vαβ,其中VSG‑DGi为接入PCC的第i个VSG‑DG;S3、功率计算模块计算VSG‑DGi的输出无功Qi和输出有功Pi;S4、无功‑电压控制模块根据PCC电压波动情况,自适应设置PCC电压补偿参考值Vref;S5、设置VSG‑DGi的输出无功参考值Qref,i和输出有功参考值Pref,i,无功‑电压控制模块根据电压补偿参考值Vref、输出无功Qi和输出无功参考值Qref,i,输出VSG‑DGi的虚拟定子内电动势其中,ku和K分别是无功‑电压控制模块的下垂系数与积分系数;有功‑频率控制模块根据输出有功Pi和输出有功参考值Pref,i,输出VSG‑DGi的虚拟电角度其中,J为转动惯量,D为阻尼系数,ω为VSG转子角频率;S6、电压转换模块通过虚拟定子内电动势Ei和虚拟电角度θ1,i,计算控制参考电压其中S7、电压补偿模块根据控制参考电压实时电压vαβ和输出无功Qi,计算VSG‑DGi的输出电流参考过程量其中nP,i为有功分配系数,ke,p为电压误差比例系数,kP,P、kI,P分别为电压补偿模块的比例系数和积分系数;S8、设置VSG‑DGi的额定直流电压采集VSG‑DGi的直流侧电压VDC,i,直流电压控制模块计算为将实时直流电压维持在额定直流电压而VSG‑DGi需吸收的有功功率其中kP,DC和kI,DC分别为直流电压控制模块的比例系数和积分系数,并计算需吸收的有功电流S9、电流控制模块将输出电流参考值与VSG‑DGi的额定电流IN比较后,合成脉冲宽度调制输入信号,经过脉冲宽度调制后输出给VSG‑DGi的三相全桥逆变器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步发电机型分布式电源的配电网电压控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、构建虚拟同步发电机型分布式电源VSG-DG的控制系统,主要包括电压电流采集模块、功率计算模块、有功-频率控制模块、无功-电压控制模块、电压转换模块、电压补偿控制模块、直流电压控制模块和电流控制模块,电压电流采集模块用于采集VSG-DG的内环电流值、输出电流值及VSG-DG并网的公共母线PCC处电压值,电压电流采集模块的输出端连接功率计算模块的输入端、无功-电压控制模块的输入端和电流控制模块的输入端,功率计算模块的输出端连接有功-频率控制模块的输入端、无功-电压控制模块的输入端和电压补偿模块的输入端,有功-频率控制模块的输出端和无功-电压控制模块的输出端均连接电压转换模块的输入端,电压转换模块的输出端连接电压补偿控制模块的输入端,电压补偿控制模块的输出端和直流电压控制模块的输出端均连接电流控制模块的输入端,电流控制模块的输出端连接VSG-DG的三相全桥逆变器;S2、电压电流采集模块采集VSG-DGi接入的PCC处电压在三相静止abc坐标系的值vabc和VSG-DGi的输出电流在三相静止abc坐标系的值iabc,i,计算PCC处电压vabc的模值V,并将其转换为在两相静止αβ坐标系中的实时电压值vαβ,其中VSG-DGi为接入PCC的第i个VSG-DG;S3、功率计算模块计算VSG-DGi的输出无功Qi和输出有功Pi;S4、无功-电压控制模块根据PCC电压波动情况,自适应设置PCC电压补偿参考值Vref;S5、设置VSG-DGi的输出无功参考值Qref,i和输出有功参考值Pref,i,无功-电压控制模块根据电压补偿参考值Vref、输出无功Qi和输出无功参考值Qref,i,输出VSG-DGi的虚拟定子内电动势其中,ku和K分别是无功-电压控制模块的下垂系数与积分系数;有功-频率控制模块根据输出有功Pi和输出有功参考值Pref,i,输出VSG-DGi的虚拟电角度其中,J为转动惯量,D为阻尼系数,ω为VSG转子角频率;S6、电压转换模块通过虚拟定子内电动势...

【专利技术属性】
技术研发人员:张玮亚汤文洁盛欢金萍张玉斌陈志祥时敏陈红周翔李琳郭政陈文君王梦蔚桂帆
申请(专利权)人:国网江苏省电力公司南京供电公司国网江苏省电力公司国家电网公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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