一种基于变频空调负荷的电网调节方法技术

本发明专利技术提供一种基于变频空调负荷的电网调节方法。该方法包括：在变频空调控制器中建立虚拟同步电机的仿真数学模型；根据所述仿真数学模型建立电网调节的虚拟惯性控制环节和下垂控制环节；通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω；通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref；将所述压缩机转动角频率参考值ωref和所述压缩机转速变化量参考值Δω之和输入到磁场定向控制器控制电机转动，以调节电网的频率。本发明专利技术能提高微电网转动惯量，降低负荷波动时交流频率的波动幅度。

A power network regulation method based on variable frequency air conditioning load

The invention provides a power network regulation method based on variable frequency air conditioning load. The method includes: establishing the simulation mathematical model of the virtual synchronous motor in the inverter air conditioning controller; establishing the virtual inertial control link and the droop control link of the grid regulation according to the simulation mathematical model; obtaining the reference value of the compressor speed variation_through the virtual inertial control link; and controlling the droop through the said virtual inertial control link. The link obtains the compressor rotation angle frequency reference value_ref, and inputs the sum of the compressor rotation angle frequency reference value_ref and the compressor speed variation reference value_to the magnetic field oriented controller to control the motor rotation to adjust the frequency of the grid. The invention can improve the rotational inertia of the microgrid and reduce the fluctuation frequency of the AC frequency when the load fluctuates.

【技术实现步骤摘要】
一种基于变频空调负荷的电网调节方法
本专利技术涉及电网需求侧响应
，尤其涉及一种基于变频空调负荷的电网调节方法，以提高电网转动惯量的控制策略。
技术介绍
随着越来越多的风力、光伏发电以及电动汽车接入，电网中电源以及负荷的随机性大大地提高，传统的调频调峰手段已经不能满足需求。与此同时，物联网技术以及智能家居技术的发展，赋予了电网与负荷双向通信的能力。因此，需求侧响应(DemandSideResponse,DSR)被看作未来最有前景的调频手段之一。在众多可控负荷中，空调负荷尤其是中央空调负荷参与调峰调频的潜力最大。首先，城市空调负荷用电量巨大，用电高峰期最高可能占到尖峰负荷的30％-40％；第二，封闭的建筑空间具有较强的储热储冷的能力，短时间内调节空调功率不会影响用户的舒适度；第三，空调负荷的响应速度主要取决于控制信号的传输，现有工程的测试结果表明其响应速度满足调频调峰的要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于变频空调负荷的电网调节方法，解决新能源接入电网后导致电网转动惯量不足的问题，利用电网需求侧响应优化变频空调负荷控制策略，能提高微电网转动惯量，降低负荷波动时交流频率的波动幅度。为实现以上目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于变频空调负荷的电网调节方法，包括：在变频空调控制器中建立虚拟同步电机的仿真数学模型；根据所述仿真数学模型建立电网调节的虚拟惯性控制环节和下垂控制环节；通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω；通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref；将所述压缩机转动角频率参考值ωref和所述压缩机转速变化量参考值Δω之和输入到磁场定向控制器控制电机转动，以调节电网的频率。优选的，还包括：建立虚拟同步电机的信号模型，并得到各变频空调截止频率ωc；获取虚拟同步电机的相角裕度PM，并根据所述相角裕度PM和变频空调截止频率ωc计算虚拟同步电机的转动惯量J；根据所述相角裕度PM的取值范围得到虚拟同步电机的转动惯量J的最大值。优选的，所述仿真数学模型为：其中，△ωsg为虚拟同步电机角频率扰动量，△ωg为电网电压角频率扰动量，KD为下垂系数，ωN为额定转速，△δ为功角扰动量，△Pg为功率扰动量。优选的，所述通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω，包括：获取电网电压Ug，用微分法生成与电网电压正交的虚拟电压，构成αβ静止正交坐标系，以虚拟同步电机的虚拟电动势向量的相角θv进行派克变换，得到电网电压相对于Vd、Vq分量，则虚拟同步电机的功角δv为：δv＝arctan(Vq/Vd)；虚拟同步电机的虚拟功率Pv为：压缩机转速变化量参考值Δω为：其中，Ug为电网电压，E为虚拟电动势，Xa为虚拟电抗，n为常数，ΔPV为功耗变化量。优选的，所述通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref，包括：根据变频空调设定温度与室内温度获取变频空调定运行功率PN，并通过公式PD＝PN+KD(ωN-ωg)计算得到变频空调的稳态输出功率PD，其中，ωg为电网电压角频率，KD为电网下垂系数；将实际测量得到的变频空调功率与所述变频空调的稳态输出功率PD之间的差值输入至PI控制器，得到压缩机转动角频率参考值ωref。优选的，所述通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref，还包括：设变频空调的功率范围为{0，Pmax}，则在电网调频时，功率的可调节范围为PN±min{(Pmax-PN),PN}，其中Pmax为变频空调的最大功率；在频率误差在0.3Hz时，变频空调功率达到上限，通过以下公式计算得到电网下垂系数KD：优选的，还包括：通过公式得到各变频空调截止频率ωc，其中，Kp为常数；根据相角裕度PM的公式在所述相角裕度PM处于30°～50°范围时，计算得到转动惯量J的最大值，其中，∠Tp(ωc)为虚拟惯性环节的环路增益幅值。优选的，所述将所述压缩机转动角频率参考值ωref和所述压缩机转速变化量参考值Δω之和输入到磁场定向控制器控制电机转动，以调节电网的频率，包括：采集两相电流ia，ib；将两相电流ia，ib经过clarke变换后得到两轴正交电流量iα，iβ；将正交电流量iα，iβ经过旋转变换后得到正交的电流量id、iq，其中iq与转矩有关，id与磁通有关；将得到的id与iq分别输入到PI控制器，得到对应的输出vd和vq；通过传感器得到电机转过的角度θ，并与vd、vq进行逆park变换，得到二轴电流量vα,vβ；将vα,vβ进行clarke逆变换，得到需要的三相电压，并输给逆变电桥以驱动电机转动。本专利技术提供一种基于变频空调负荷的电网调节方法，通过建立虚拟同步电机的仿真数学模型，在电网频率发生波动时，变频空调的输出功率能模拟同等容量的空载同步电机的输出功率及转速的变化过程。解决新能源接入电网后导致电网转动惯量不足的问题，能提高微电网转动惯量，降低负荷波动时交流频率的波动幅度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1：本专利技术提供一种基于变频空调负荷的电网调节方法示意图；图2：本专利技术实施例提供的基于虚拟电机的变频空调的控制结构图；图3：本专利技术实施例提供的不同控制方法下单组变频空调总功率的仿真结果示意图；图4：本专利技术实施例提供的不同控制方法下微电网频率的仿真结果示意图；图5：为本专利技术提供的磁场定向控制器FOC结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术实施例作进一步的详细说明。针对当前新能源接入电网后导致电网转动惯量不足的问题，利用电网需求侧响应优化变频空调负荷控制策略，本专利技术提供一种基于变频空调负荷的电网调节方法，通过建立虚拟同步电机的仿真数学模型，在电网频率发生波动时，变频空调的输出功率能模拟同等容量的空载同步电机的输出功率及转速的变化过程。能提高微电网转动惯量，降低负荷波动时交流频率的波动幅度。如图1所示，为本专利技术提供的一种基于变频空调负荷的电网调节方法示意图，该方法包括以下步骤：S1：在变频空调控制器中建立虚拟同步电机的仿真数学模型。S2：根据所述仿真数学模型建立变频空调的虚拟惯性控制环节和下垂控制环节。S3：通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω。S4：通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref。S5：将所述压缩机转动角频率参考值ωref和所述压缩机转速变化量参考值Δω之和输入到磁场定向控制器控制电机转动，以调节电网的频率。进一步，还包括：S6：建立虚拟同步电机的信号模型，并得到各变频空调截止频率ωc。S7：获取虚拟同步电机的相角裕度PM，并根据所述相角裕度PM和变频空调截止频率ωc计算虚拟同步电机的转动惯量J。S8：根据所述相角裕度PM的取值范围得到虚拟同步电机的转动惯量J的最大值。具体地，如图2所示，为本专利技术提供的一种基于虚拟电机的变频空调控制结构示意图。在电网频率发生变化时，采集电网电压Ug，将电网电压通过虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω，同时将电网电压通过下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref，然后将两者之和输至磁场定向控制器FOC进行控制，以实现调节电网的频率，降低负荷波动时交流频率的波动幅度，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变频空调负荷的电网调节方法，其特征在于，包括：在变频空调控制器中建立虚拟同步电机的仿真数学模型；根据所述仿真数学模型建立电网调节的虚拟惯性控制环节和下垂控制环节；通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω；通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref；将所述压缩机转动角频率参考值ωref和所述压缩机转速变化量参考值Δω之和输入到磁场定向控制器控制电机转动，以调节电网的频率。

【技术特征摘要】
1.一种基于变频空调负荷的电网调节方法，其特征在于，包括：在变频空调控制器中建立虚拟同步电机的仿真数学模型；根据所述仿真数学模型建立电网调节的虚拟惯性控制环节和下垂控制环节；通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω；通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref；将所述压缩机转动角频率参考值ωref和所述压缩机转速变化量参考值Δω之和输入到磁场定向控制器控制电机转动，以调节电网的频率。2.根据权利要求1所述的电网调节方法，其特征在于，还包括：建立虚拟同步电机的信号模型，并得到各变频空调截止频率ωc；获取虚拟同步电机的相角裕度PM，并根据所述相角裕度PM和变频空调截止频率ωc计算虚拟同步电机的转动惯量J；根据所述相角裕度PM的取值范围得到虚拟同步电机的转动惯量J的最大值。3.根据权利要求2所述的电网调节方法，其特征在于，所述仿真数学模型为：其中，△ωsg为虚拟同步电机角频率扰动量，△ωg为电网电压角频率扰动量，KD为下垂系数，ωN为额定转速，△δ为功角扰动量，△Pg为功率扰动量。4.根据权利要求3所述的电网调节方法，其特征在于，所述通过所述虚拟惯性控制环节得到压缩机转速变化量参考值Δω，包括：获取电网电压Ug，用微分法生成与电网电压正交的虚拟电压，构成αβ静止正交坐标系，以虚拟同步电机的虚拟电动势向量的相角θv进行派克变换，得到电网电压相对于Vd、Vq分量，则虚拟同步电机的功角δv为：δv＝arctan(Vq/Vd)；虚拟同步电机的虚拟功率Pv为：压缩机转速变化量参考值Δω为：其中，Ug为电网电压，E为虚拟电动势，Xa为虚拟电抗，n为常数，ΔPV为功耗变化量。5.根据权利要求4所述的电网调节方法，其特征在于，所述通过所述下垂控制环节得到压缩机转动角频率参考值ωref，包括：根据变频空...

【专利技术属性】
技术研发人员：华光辉，成乐祥，张皓辰，刘海璇，高昇宇，朱小鹏，许晓慧，王春宁，林子杰，汪春，许洪华，臧海祥，周昶，夏俊荣，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，国网江苏省电力有限公司，中国电力科学研究院有限公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32