一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统，所述方法：包括采用基于降阶谐振器与三阶广义积分器级联的同步阻抗方法模拟同步发电机的同步阻抗以提高系统的稳定性，抑制负荷扰动形成的电流偏差和实现功率的均分，利用准比例谐振控制器抑制输出电压的不平衡与谐波分量；将基于降阶谐振器锁相环与准同步并列算法结合，避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐波对检测精度的影响，通过准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压，从而来实现离/并网的柔性切换，提高系统供电可靠性并改善电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统
本专利技术涉及一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统，尤其涉及一种基于虚拟同步发电机技术的微网控制及离/并网切换控制方法及系统，属于分布式发电微网

技术介绍
大力发展以风力、光伏为主的可再生新能源，改善电网运行经济性、优化电力系统运行方式以及构建环境友好型电力系统等方面均具有重要意义。作为新能源与大电网的接口，常规并网逆变器具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足，尤其是采用电流控制型的并网变流器，与同步发电机在外特性上具有显著差别，难以在独立运行时，为微电网提供频率和电压的支撑。随着分布式电源渗透率的不断增加，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少，这对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。再者，并网逆变器控制策略各异，加之分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难实现其即插即用与自主协调运行。虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator，VSG)是近年来提出的一种适合新能源广泛接入的并网控制策略，通过控制环节可使并网逆变器模拟同步发电机的惯性、一次调频特性和一次调压特性。与传统逆变器相比，同步发电机的一个重要特点是具有较大的感性输出阻抗，能够有效抑制负荷扰动引起的电流变化量，并有利于多台同步发电机并联运行时功率的均分。但是同步电抗压降的计算涉及到电流微分量，很容易将电流中的不平衡分量、直流分量和谐波分量放大并引入到定子端电压中，经调制后会进一步加剧滤波电感电流的谐波含量，甚至使系统失稳，同时也限制了同步电抗的选取范围。因此，模拟同步发电机的同步阻抗及优化输出阻抗是的VSG关键技术之一。微电网与大电网并网运行时，其内部的电压和频率的稳定主要由大电网支撑，当检测到微电网内部或者大电网出现故障时微电网转到孤岛运行，微电网的电压与频率的稳定变为微电网内部的分布式电源支撑。常规并网逆变器通常在并网运行时用P/Q控制，而孤岛运行时用V/F控制，但该方法难以实现不同运行模式间的平滑切换。因此，有人提出基于下垂特性及虚拟同步发电机的控制器，并考虑在非理想条件下并网预同步过程，但缺少具体的控制实现以及并网过程的冲击电流抑制。对于基于锁相环的预同步方法，实现了预同步的功能，但当电网电压不对称和畸变时，频率会波动，传统锁相环无法精确地检测电压同步信号。上述均没有考虑到带载后离/并网对VSG频率和电压的影响。根据微电网的不同运行模式对微电网的控制要求,可知传统逆变器的控制方式难以满足微电网灵活、稳定运行的要求。如何对微网中逆变器进行有效的控制,实现微电网不同运行模式的稳定运行以及柔性切换,是微电网能否可靠运行的关键。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统，采用基于降阶谐振器(ROR)与三阶广义积分器(TOGI)级联的同步阻抗实现方法抑制输出电流中的不平衡分量、直流分量和谐波分量，改善输出电压波形，减小其畸变率；以及采用一种基于降阶谐振锁相环的准同期并列算法，避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐波对检测精度的影响，同时兼顾了其动态响应速度，使输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压，并考虑了并列合闸动作时间延时，达到减小对并网逆变器的伤害及并网冲击电流目的，从而实现离/并网的柔性切换。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，所述方法包括：S1、采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和电流瞬时值，计算得到有功功率和无功功率；S2、采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到输出电压的参考信号；S3、所述输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的压降信号进行比较计算得到参考输入信号，所述电压信号是由所述同步阻抗模块根据逆变器输出电流计算得到；S4、准比例谐振控制器根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计算得到输出电压信号，并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号；S5、所述PWM调制器根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号，并将其输出给逆变器。进一步，所述S3中所述同步阻抗模块具体为基于三阶广义积分器的同步阻抗模块。进一步，所述S3中所述同步阻抗模块具体为基于降阶谐振器和三阶广义积分器级联的同步阻抗模块。进一步，所述准比例谐振控制器通过设置谐振频率点的来确定虚拟同步发电机的并网控制系统稳定运行时频率波动的带宽。进一步，所述方法还包括：采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测和控制以及对频差进行检测和控制。进一步，所述降阶谐振器锁相环具体包括Clack变换矩阵、正负序降阶谐振调节器以及PLL锁相环。进一步，采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测具体包括：将通过降阶谐振器锁相环测得的电网电压和逆变器输出的电压进行比较，并判断电压差值的绝对值是否小于电压允许误差，若不满足，通过预同步调节器增加或者减小无功功率变化值来调压直到电压差值小于电压允许误差；采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对频差进行检测具体包括：将通过降阶谐振器锁相环测得的电网频率和逆变器输出的频率进行比较，并判断频率差值的绝对值是否小于频率允许误差，若不满足，通过预同步调节器增加或者减小有功功率变化值来调压直到频率差值小于频率允许误差。进一步，所述方法还包括：在逆变器并网时，采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对并列合闸进行控制。进一步，所述方法还包括：所述在逆变器并网时，采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对并列合闸进行控制具体包括：在逆变器并网时，若逆变器输出电压相位滞后于电网电压相位，则预同步调节器输出为一个正值，导致预同步调节器的输出升高，该两电压之间的相位差减小，直到相位差为零；在所述相位差为零之前提前一个预设导向角发出合闸命令，将逆变器并入电网系统。另一方面，本专利技术提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制系统，所述系统包括：三相全桥逆变器、滤波器、瞬时功率计算模块、VSG控制模块、虚拟阻抗模块、比较器、准比例谐振控制器以及PWM调制器；所述瞬时功率计算模块的输出端与所述VSG控制模块的输入端电连接，所述VSG控制模块的输出端以及所述虚拟阻抗模块的输出端均与所述比较器的输入端电连接，所述比较器的输出端与所述准比例谐振控制器的输入端电连接，所述准比例谐振控制器的输出端与所述PWM调制器的输入端电连接，所述PWM调制器的输出信号与所述三相全桥逆变器电连接，所述逆变器与所述滤波器电连接；所述瞬时功率计算模块，用于采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变输出的电压和电流瞬时值，计算得到有功功率和无功功率；所述VSG控制模块，用于采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到逆变器输出电压的参考信号；所述同步阻抗模块，用于根据逆变器输出电流计算得到压降信号；所述比较器，用于将所述逆变器输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的压降信号进行比较计算得到参考输入信号；所述准比例谐振控制器，用于根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计算得到输出电压信号，并将该电压信号作为PWM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和电流瞬时值，计算得到有功功率和无功功率；S2、采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到输出电压调制波参考信号；S3、所述输出电压调制波参考信号与同步阻抗模块输出的电压信号进行比较计算得到参考输入信号，所述电压信号是由所述同步阻抗模块根据逆变器输出电流计算得到；S4、准比例谐振控制器根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计算得到输出电压信号，并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号；S5、所述PWM调制器根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号，并将其输出给逆变器；S6、通过基于降阶谐振器锁相环的准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压，从而来实现离/并网的柔性切换。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和电流瞬时值，计算得到有功功率和无功功率；S2、采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到输出电压调制波参考信号；S3、所述输出电压调制波参考信号与同步阻抗模块输出的电压信号进行比较计算得到参考输入信号，所述电压信号是由所述同步阻抗模块根据逆变器输出电流计算得到；S4、准比例谐振控制器根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计算得到输出电压信号，并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号；S5、所述PWM调制器根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号，并将其输出给逆变器；S6、通过基于降阶谐振器锁相环的准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压，从而来实现离/并网的柔性切换。2.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，所述S3中所述同步阻抗模块具体为基于三阶广义积分器的同步阻抗模块。3.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，所述S3中所述同步阻抗模块具体为基于降阶谐振器和三阶广义积分器级联的同步阻抗模块。4.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，所述S4中所述准比例谐振控制器通过设置谐振频率点来确定虚拟同步发电机的并网控制系统稳定运行时频率波动的带宽。5.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，还包括：采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测和控制以及对频差进行检测和控制。6.如权利要求5所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，所述降阶谐振器锁相环具体包括依次相连接的Clack变换矩阵、正负序降阶谐振调节器以及PLL锁相环。7.如权利要求5所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，其特征在于，采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测具体包括：将通过降阶谐振器锁相环测得的电网电压和逆变器输出的电压进行比较，并判断电压差值的绝对值是否小于电压允许误差，若不满足，通过预同步调节器增加或者减小无功功率变化值来调压直到电压差值小于电压允许误差；采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：施凯，焦龙，徐培凤，叶海涵，孙宇新，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32