基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法技术

一种基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法。属于新能源电力变换技术领域。工艺步骤包括：在中计算对应逆变电源输出功率下滤波电感两侧电压相位差Δθ；利用锁相环(PLL)采集LC滤波器电感两侧的电压相位信息；计算相角判定信号Judge＝δ‑θo；计算调整结束判定信号x＝Judge‑Δθ；编写转换开关逻辑控制模块；构建运行方式转换开关逻辑。通过实时计算目标功率值对应的相角差，快速调整LC滤波器电感两侧电压相角差，不需要电网相位信息及预同步环节实现与电网的自同步。加强了电网侧对分布式电源的控制，使其更好地服务于电网。虚拟同步发电机在孤岛/并网运行时采用统一的内环控制结构，避免内环控制的变化引起稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】
基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法
本专利技术属于新能源电力变换
，尤其涉及一种基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法。
技术介绍
电网中新能源种类和比例逐渐增加，分布式风电、光伏等常通过逆变器以微网形式并网，能否顺利地在并离网状态之间切换成为逆变器控制的重要目标之一。由于近年来逆变器的数量增加造成的电力系统惯量缺失的问题，虚拟同步发电机(VSG)的概念逐渐受到重视，模拟同步发电机运行特性的算法被引入到逆变器的控制策略中，使逆变器表现出类似于同步发电机的特性，补充系统惯量，提高系统稳定性。虽然已有关于VSG控制方式下的切换策略的讨论，但是现有的关于逆变器并网的策略大多需要“预同步”的过程，默认的条件是电网侧的相位已知，可以测量。但是实际应用中，存在相位测量比较困难的情况。即使可以方便测量到电网的相位信息，也要经过信息的传输，将其由网侧传至控制器处则会增加延迟时间，造成信息的准确度降低，还会提高成本。对于逆变器而言，更方便测量到的相位信息是PCC点以及逆变器滤波电感前后的电压相位，因此，本专利技术提出的逆变器并网控制策略不再依赖于传统的预同步策略和电网电压相位信息，而是通过控制滤波电感两端的电压相位差实现较为平滑的并网过程，避免对敏感负荷产生较大的影响。并且，不使用预并列环节，减少了PI调节器的数量，在任何时刻都可以进行并网操作，可以将并网开关设置到网侧，由调度随时根据负荷需求调整虚拟同步发电机的并离网状态，分布式电源侧不控制并网开关，使分布式电源服务于电网，免去复杂的并网过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法，克服了上述
技术介绍
中提到的现有虚拟同步发电及并网控制策略存在的缺点。通过实时计算目标功率值对应的相角差，快速调整LC滤波器电感两侧电压相角差，不需要电网相位信息及预同步环节实现与电网的自同步。加强了电网侧对分布式电源的控制，使其更好地服务于电网。虚拟同步发电机在孤岛/并网运行时采用统一的内环控制结构，避免内环控制的变化引起稳定性问题。本专利技术包括如下工艺步骤：步骤1：在中计算对应逆变电源输出功率下滤波电感两侧电压相位差Δθ。对于一对极凸极机,在电感远大于电阻时，交轴同步电抗与直轴同步电抗相等，同步发电机输出的功率可由计算得到。式中的Xd、Xq分别是直轴(d轴)、交轴(q轴)同步电抗，在隐极机中才存在，对于使用同步发电机二阶方程的虚拟同步发电机控制中，认为Xd＝Xq；步骤2：利用锁相环(PLL)采集LC滤波器电感两侧的电压相位信息，分别是逆变器出口电压相位δ(滤波电感逆变器侧电压相位)、LC滤波器电容电压(PCC点电压)相位θo(滤波电感与电网连接侧电压相位)；如下图所示，U1和U2的电压相位即为此处所述的需要测量的电压相位。步骤3：计算相角判定信号Judge＝δ-θo；步骤4：计算调整结束判定信号x＝Judge-Δθ；步骤5：将步骤3、步骤4中计算得到的两个判定信号作为输入信号，编写转换开关逻辑控制模块(以C语言为例)，输出信号为转换开关控制信号S，程序如下：if(fabs(Judge)＞0.45||fabs(x)＞0.01){s＝1；}else{s＝0；}其中，S＝1时相角调整中，S＝0相角调整结束；步骤6：构建运行方式转换开关逻辑。控制器中的运行方式转换开关为单刀双掷开关，实现功能为——在“相角差调整中(S＝1)”、“完成相角差调整(S＝0)”两种状态下，为虚拟同步发电机调速器的一次调频参考频率ωr分别分配数值。当S＝1时，将(θo+Δθ)-δ作为PI调节器输入，调节器的输出作为此时的ωr的值；当S＝0时，ωr为定值，等于ωref＝100π。所述逆变电源出口采用LC滤波器滤除开关次谐波，带负荷孤岛/并网运行。所述逆变电源拓扑结构包括三相两电平结构、多重化结构、嵌入式多电平结构、H桥级联结构和MMC结构。所述d、q轴分量以虚拟转子同步坐标系为参考。所述控制器采用同步发电机经典二阶模型。所述虚拟同步发电机调速器包含基于下垂控制的一次调频和同步发电机转子运动方程。本专利技术能够有效实现虚拟同步发电机自同步到电网的控制。附图说明图1为虚拟同步发电机主电路及控制电路示意图。图2为电压电流双环控制示意图。图3为自同步控制方法示意图。具体实施方式下面结合附图和实例，对基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。例：VSG带约60kW本地负荷运行，0～3s带本地负荷孤岛运行；3s时刻并入电网，6s时刻离网。并网前逆变器输出电压(滤波电容电压)相角与PCC电压相角差为0.08rad。步骤1：计算对应逆变电源输出功率下滤波电感两侧电压相位差Δθ。对于一对极凸极机,在电感远大于电阻时，交轴同步电抗与直轴同步电抗相等，同步发电机输出的功率可由计算得到。此时，对应负荷功率60kW，滤波电感电抗Xd＝0.8mH*100π＝0.2513Ω，E≈U＝311V，虚拟同步机滤波电感两侧相位差Δθ＝8.9685rad；步骤2：利用锁相环(PLL)采集LC滤波器电感两侧的电压相位信息，分别是逆变器出口电压相位δ、LC滤波器电容电压(PCC点电压)相位θo。；步骤3：计算相角判定信号Judge＝δ-θo，并网前(0～3s)并非满载(250kW)，所以此信号结果小于0.45rad(满载时对应的相角差)，并网时瞬间(3s)会发生功率冲击，所以对应相角差大于0.45rad，启动调整过程，在半个工频周期内迅速调整输出功率恢复指令值(本地负荷值)；步骤4：计算调整结束判定信号x＝Judge-Δθ，步骤3中的调整过程一旦启动，会迅速将逆变器输出电压相位调整至理想值，此处规定当偏差x小于0.01rad时，结束调整；步骤5：将步骤3、步骤4中计算得到的两个判定信号作为输入信号，编写转换开关逻辑控制模块(以C语言为例)，输出信号为转换开关控制信号S，程序如下：if(fabs(Judge)＞0.45||fabs(x)＞0.01){s＝1；}else{S＝0；}其中，S＝1时相角调整中，S＝0相角调整结束；实际运行中能够看到S在两个状态之间反复跳动，不断调整VSG输出电压相位，在半个周期内便平息了功率冲击，无缝并入电网。由于整个过程不需要任何预同步环节，无论在什么时刻并入电网，都能够在极短的时间内平息并网冲击，实现VSG与电网的自动同步。步骤6：构建运行方式转换开关逻辑。控制器中运行方式转换开关为单刀双掷开关，实现功能为——在“相角差调整中(S＝1)”、“完成相角差调整(S＝0)”两种状态下，为虚拟同步发电机调速器的一次调频参考频率ωr分别分配数值。当S＝1时，将(θo+Δθ)-δ作为PI调节器输入，调节器的输出作为此时的ωr的值；当S＝0时，ωr为定值，等于ωref＝100π。由于PI调节器的输出作为频率标幺值输入到一次调频环节中，所以若要限制频率的波动在±1Hz之内，就要将PI调节器输出幅值限制在±0.02之间。图1是虚拟同步发电机主电路及控制电路示意图。框图中的上半部分虚线框内是虚拟同步发电机的主电路(功率电路)部分，使用三相IGBT全桥逆变电路。逆变电路出口采用LC滤波器滤除开关谐波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：计算对应逆变电源输出功率下滤波电感两侧电压相位差Δθ，对于一对极凸极机,在电感远大于电阻时，交轴同步电抗与直轴同步电抗相等，同步发电机输出的功率可由

【技术特征摘要】
1.一种基于相差实时调整的虚拟同步发电机自同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：计算对应逆变电源输出功率下滤波电感两侧电压相位差Δθ，对于一对极凸极机,在电感远大于电阻时，交轴同步电抗与直轴同步电抗相等，同步发电机输出的功率可由计算得到；式中的Xd、Xq分别是直轴(d轴)、交轴(q轴)同步电抗，在隐极机中才存在，对于使用同步发电机二阶方程的虚拟同步发电机控制中，认为Xd＝Xq；步骤2：利用锁相环PLL采集LC滤波器电感两侧的电压相位信息，分别是逆变器出口电压相位δ(滤波电感逆变器侧电压相位)、LC滤波器电容电压PCC点电压相位θo，滤波电感与电网连接侧电压相位；步骤3：计算相角判定信号Judge＝δ-θo；步骤4：计算调整结束判定信号x＝Judge-Δθ；步骤5：将步骤3、步骤4中计算得到的两个判定信号作为输入信号，编写转换开关逻辑控制模块，以C语言，输出信号为转换开关控制信号S，程序如下：if(fabs(Judge)＞0.45||fabs(x)＞0.01){s＝1；}else{S＝0；}其中，S＝1时相角...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁敞，赵天扬，郝毅，丁雨霏，谢佩琳，肖湘宁，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11