虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法，包括：根据各相电网电压跌落幅值信息计算每相需要补偿的无功电流指令，并采用基于有功分量补偿无功电流的方法建立最终三相电流指令值；并通过双dq变换求得其正序和负序分量，建立了正负序有功、无功电流与正负序功角、电压之间的虚拟同步发电机控制方程，在电网不平衡跌落时可以实现分相独立补偿，三相之间无功电流不相互影响，在补偿跌落相的同时不会对未跌落相造成无功的误补偿且补偿幅值随着电压跌落程度成比例增加，对电网具有较好的支撑作用；采用有功分量补偿无功电流的方法，避免系统出现零序分量，进而避免了零序分量对系统的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法
本专利技术涉及一种虚拟同步发电机电网电压跌落时的控制方法，尤其是一种虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法。
技术介绍
传统电力系统中，同步发电机组(GeneratorSet-Genset)的下垂特性以及转动惯量大等因素，在维持系统的电压和频率稳定方面起着关键作用。能模拟或者部分模拟Genset频率电压控制特性的电力电子电源装置就被称为虚拟同步发电机(VirtualSynchronousGenerator，VSG)。VSG需要运行在两种模式下，并网和孤岛并联运行。VSG并网运行状态下，在电网电压跌落时需要对电网的电压和频率稳定性进行一定的支撑，并向系统提供一定的无功功率支撑。及时有效的无功功率补偿能够一定程度上维持电压稳定，增强并网系统低电压穿越的能力。BDEW中对于电压跌落过程中的无功补偿功能概括如下：(1)电压跌落时，无功电流补偿系数至少为2；(2)当发生不平衡跌落时，跌落相按照补偿系数至少为2的规律补偿无功电流，不跌落相禁止发无功；(3)对有功功率和电流平衡没有要求；针对电网电压跌落下的低电压穿越问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：题为“Low-VoltageRide-ThroughOperationofPowerConvertersinGrid-InteractiveMicrogridsbyUsingNegative-SequenceDroopControl”，XinZhao,JosepM.Guerrero,MehdiSavaghebi,JuanC.Vasquez,XiaohuaWu,andKaiSun,《IEEETransactionsonPowerElectronics》2017.32(4)，3128-3142(“基于负序下垂控制的并网型微网逆变器低电压穿越运行”，《IEEE电力电子专辑》，2017年第32卷第4期3128～3142页)的文章给出了一种电压跌落时的正负序下垂控制方法，并对不同线路阻抗情况下的低电压穿越控制进行了阐述，然而没有给出不平衡电压跌落时的无功功率补偿方法。题为“抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法”的中国专利技术专利申请说明书(CN201710029129.9)公开的技术方案中，给出了网侧发生对称故障情况下，虚拟同步逆变器抑制故障瞬时电流冲击的控制方法，但没有给出电网不对称故障下的控制方法。题为“虚拟同步发电机的三相不平衡电流的控制方法及装置”的中国专利技术专利申请说明书(CN201510397680.X)给出了一种电网不平衡条件下的电流平衡控制方法，但不适用于电网电压不平衡跌落时的电网导则要求。总之，现有VSG技术对电网故障下的逆变器运行做了一定的研究，然而电网电压不平衡跌落时的无功补偿控制策略鲜有论述。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对VSG技术并网模式下的电网电压不平衡时的无功补偿控制问题，提供一种虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术提供了一种虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法，在电网不平衡跌落时，通过产生与电网跌落相成一定比例的各相无功电流指令进行无功功率补偿，非跌落相不产生无功功率输出，同时改变其他相的有功电流指令与该相增加的无功电流指令相抵消，使得三相无中线系统的电流之和满足基尔霍夫电流定律；将各相对应的有功和无功电流指令进行矢量合成，得到最终的三相电流指令值，并转换为相对应的正负序有功和无功功率指令，并进行闭环控制；主要步骤如下：步骤1、采样及数据转换；所述采样包括采集以下数据：虚拟同步发电机滤波电容电压uca,ucb,ucc，虚拟同步发电机桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc，虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec；所述数据转换包括对以下数据进行坐标变换：对虚拟同步发电机滤波电容电压uca,ucb,ucc和桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc分别进行双同步旋转坐标变换得到滤波电容电压的dq正负序分量和桥臂侧电感电流的dq正负序分量对虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec分别进行基于广义二阶积分器的单相锁相环计算得到A、B、C相电压峰值分别为eam,ebm,ecm，其相位角分别为θa，θb，θc；对虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec进行基于双同步旋转坐标系的锁相环计算得到三相电压正序矢量角θp，三相电压负序电压矢量角θn，正负序电压dq分量根据滤波电容电压uca,ucb,ucc，通过通用的微分离散化方程计算虚拟同步发电机滤波电容电流ica,icb,icc；根据桥臂侧电感电流的iLa,iLb,iLc和滤波电容电流ica,icb,icc计算得到输出电流ioa,iob,ioc；根据三相电压正序矢量角度为θp，三相电压负序电压矢量为θn经过双同步旋转坐标变换得到输出电流ioa,iob,ioc的正负序分量步骤2、根据步骤1中得到的相电压峰值eam,ebm,ecm，通过无功电流补偿方程得到每相需要的无功补偿电流峰值Iam,Ibm,Icm；根据每相需要的无功补偿电流峰值Iam,Ibm,Icm，通过有功电流分量补偿算法，计算出每相需要的有功电流分量，A相无功电流所需要的B、C相有功电流补偿分量峰值为Ibm-aP,Icm-aP，B相无功电流所需要的C、A相有功电流补偿分量峰值为Icm-bP,Iam-bP，C相无功电流所需要的A、B相有功电流补偿分量峰值为Iam-cP,Ibm-cP；根据得到的各相有功和无功电流峰值和步骤1中的各相角度θa，θb，θc计算三相有功和无功电流，分别对三相电流进行求和得到三相电流指令值步骤3、根据步骤2中得到的三相电流指令值和步骤1中得到的三相电压正序矢量角为θp，三相电压负序电压矢量角为θn，经过双同步旋转坐标变换得到电流指令的正负序有功电流指令和正负序无功电流指令步骤4、根据步骤1得到的输出电流ioa,iob,ioc的正序分量步骤3得到的正负序有功电流指令虚拟同步发电机额定角频率ω0，电压指令U0，经过正序功角控制方程和电压控制方程得到虚拟同步发电机的正序角频率ω+和正序电压指令对ω+积分得到虚拟同步发电机的正序矢量角θ+；步骤5、根据步骤1中得到输出电流ioa,iob,ioc的负序分量步骤3得到的正负序无功电流指令经过负序功角控制方程和电压控制方程得到虚拟同步发电机的负序角频率ω-和负序电压指令对ω-积分得到虚拟同步发电机的负序矢量角θ-；步骤6、根据步骤4得到的正序电压指令和正序矢量角θ+、步骤5得到的负序电压指令和负序矢量角θ-、步骤1中采样得到的滤波电容电压uca,ucb,ucc，通过正负序电压双环控制方程得到控制信号并根据正负序角度得到正负序三相桥臂电压控制信号两者相加得到最终的控制信号Ua,Ub,Uc，再根据Ua,Ub,Uc生成开关管的PWM控制信号。优选地，步骤1中所述输出电流ioa,iob,ioc的计算步骤包括：令滤波电容电压uca,ucb,ucc的离散序列为uca(n),ucb(n),ucc(n)，滤波电容电流的离散序列为ica(n),icb(n),icc(n)，则计算滤波电容电流的通用的微分离散化方程为：其中，C为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法，其特征在于，在电网不平衡跌落时，通过产生与电网跌落相成一定比例的各相无功电流指令进行无功功率补偿，非跌落相不产生无功功率输出，同时改变其他相的有功电流指令与该相增加的无功电流指令相抵消，使得三相无中线系统的电流之和满足基尔霍夫电流定律；将各相对应的有功和无功电流指令进行矢量合成，得到最终的三相电流指令值，并转换为相对应的正负序有功和无功功率指令，并进行闭环控制；主要步骤如下：步骤1、采样及数据转换；所述采样包括采集以下数据：虚拟同步发电机滤波电容电压uca,ucb,ucc，虚拟同步发电机桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc，虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec；所述数据转换包括对以下数据进行坐标变换：对虚拟同步发电机滤波电容电压uca,ucb,ucc和桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc分别进行双同步旋转坐标变换得到滤波电容电压的dq正负序分量

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法，其特征在于，在电网不平衡跌落时，通过产生与电网跌落相成一定比例的各相无功电流指令进行无功功率补偿，非跌落相不产生无功功率输出，同时改变其他相的有功电流指令与该相增加的无功电流指令相抵消，使得三相无中线系统的电流之和满足基尔霍夫电流定律；将各相对应的有功和无功电流指令进行矢量合成，得到最终的三相电流指令值，并转换为相对应的正负序有功和无功功率指令，并进行闭环控制；主要步骤如下：步骤1、采样及数据转换；所述采样包括采集以下数据：虚拟同步发电机滤波电容电压uca,ucb,ucc，虚拟同步发电机桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc，虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec；所述数据转换包括对以下数据进行坐标变换：对虚拟同步发电机滤波电容电压uca,ucb,ucc和桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc分别进行双同步旋转坐标变换得到滤波电容电压的dq正负序分量和桥臂侧电感电流的dq正负序分量对虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec分别进行基于广义二阶积分器的单相锁相环计算得到A、B、C相电压峰值分别为eam,ebm,ecm，其相位角分别为θa，θb，θc；对虚拟同步发电机并网点电网相电压ea,eb,ec进行基于双同步旋转坐标系的锁相环计算得到三相电压正序矢量角θp，三相电压负序电压矢量角θn，正负序电压dq分量根据滤波电容电压uca,ucb,ucc，通过通用的微分离散化方程计算虚拟同步发电机滤波电容电流ica,icb,icc；根据桥臂侧电感电流的iLa,iLb,iLc和滤波电容电流ica,icb,icc计算得到输出电流ioa,iob,ioc；根据三相电压正序矢量角度为θp，三相电压负序电压矢量为θn经过双同步旋转坐标变换得到输出电流ioa,iob,ioc的正负序分量步骤2、根据步骤1中得到的相电压峰值eam,ebm,ecm，通过无功电流补偿方程得到每相需要的无功补偿电流峰值Iam,Ibm,Icm；根据每相需要的无功补偿电流峰值Iam,Ibm,Icm，通过有功电流分量补偿算法，计算出每相需要的有功电流分量，A相无功电流所需要的B、C相有功电流补偿分量峰值为Ibm-aP,Icm-aP，B相无功电流所需要的C、A相有功电流补偿分量峰值为Icm-bP,Iam-bP，C相无功电流所需要的A、B相有功电流补偿分量峰值为Iam-cP,Ibm-cP；根据得到的各相有功和无功电流峰值和步骤1中的各相角度θa，θb，θc计算三相有功和无功电流，分别对三相电流进行求和得到三相电流指令值步骤3、根据步骤2中得到的三相电流指令值和步骤1中得到的三相电压正序矢量角为θp，三相电压负序电压矢量角为θn，经过双同步旋转坐标变换得到电流指令的正负序有功电流指令和正负序无功电流指令步骤4、根据步骤1得到的输出电流ioa,iob,ioc的正序分量步骤3得到的正负序有功电流指令虚拟同步发电机额定角频率ω0，电压指令U0，经过正序功角控制方程和电压控制方程得到虚拟同步发电机的正序角频率ω+和正序电压指令对ω+积分得到虚拟同步发电机的正序矢量角θ+；步骤5、根据步骤1中得到输出电流ioa,iob,ioc的负序分量步骤3得到的正负序无功电流指令经过负序功角控制方程和电压控制方程得到虚拟同步发电机的负序角频率ω-和负序电压指令对ω-积分得到虚拟同步发电机的负序矢量角θ-；步骤6、根据步骤4得到的正序电压指令和正序矢量角θ+、步骤5得到的负序电压指令和负序矢量角θ-、步骤1中采样得到的滤波电容电压uca,ucb,ucc，通过正负序电压双环控制方程得到控制信号并根据正负序角度得到正负序三相桥臂电压控制信号两者相加得到最终的控制信号Ua,Ub,Uc，再根据Ua,Ub,Uc生成开关管的PWM控制信号。2.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机电网不平衡跌落时的无功功率补偿方法，其特征在于，步骤1中所述输出电流ioa,iob,ioc的计算步骤包括：令滤波电容电压uca,ucb,ucc的离散序列为uca(n),ucb(n),ucc(n)，滤波电容电流的离散序列为ica(n),icb(n),icc(n)，则计算滤波电容电流的通用的微分离散化方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，张喆，杨淑英，王梦，张杰，张兴，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34