一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配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机的双机并联系统功率分配方法及系统，本发明专利技术在现有的虚拟同步机控制算法中进行改进，增加单相有功电流反馈，根据反馈的单相有功电流和有功电流反馈系数，实现根据需要按比例分配负载功率和下垂支撑功率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法及系统
本专利技术涉及一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法及系统，属于变换器控制的

技术介绍
在智能电网的构建过程中，越发强调负载侧的需求响应在电力系统的频率与电压调节中的重要作用。按当前发展趋势，越来越多的负载将通过电力电子变换器接入电网。譬如，大多数电机需要配备含有电机电子器件的驱动器，个人计算机需要整流器将交流电转变为稳定的直流电等等。因此，智能电网的建设中需要研究一种具有良好网荷互动性的统一负载接口以适应发展需求。进一步地，随着社会生产的发展，越来越多的大功率负载不断出现，如有轨电车、当前发展迅速的电动汽车等等，这些大功率负载对电力电子变换器的容量提出了更高的要求。受限于电力电子器件自身的耐流/耐压能力，单一的整流器很可能难以满足大功率应用需求，且可靠性不高。相比于使用电力电子器件做并联扩容时存在的难以解决的均流问题，研究整流器的模块化并联技术是一条更好的解决思路。因此，研究这种统一负载接口的并联技术具有重要意义。虚拟同步机技术将电力电子变换器按传统同步机的方式进行建模并控制，可以给电网提供阻尼和惯性支撑，并且当电网发生频率和电压波动时，可主动调节电力电子变换器输出的有功功率和无功功率，从而实现良好的电网和负荷之间的互动。因此，基于虚拟同步机的三相PWM整流器可满足上述的统一负载接口提出的要求。然而，基于虚拟同步机的三相PWM整流器并联系统的功率分配是一个难题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法及系统，解决了
技术介绍
中的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，包括，采用虚拟同步机控制算法，控制双机并联系统的各整流器；响应于双机并联系统工作于功率跟随模式，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流和预设的各整流器有功电流反馈系数，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现负载功率分配；响应于双机并联系统工作于下垂控制模式，根据所需提供的有功支撑功率计算各整流器直流侧电压下垂指令，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流、预设的各整流器有功电流反馈系数以及各整流器直流侧电压下垂指令，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现下垂控制模式下有功功率的分配。采集整流器电网侧的电压和电流，根据电压和电流，提取整流器电网侧单相有功电流。采集整流器电网侧的电压和电流，根据电压和电流，提取整流器电网侧单相有功电流，具体过程为，采集整流器电网侧的电压和电流；获取电压和电流的相位差以及电流的有效值I；根据和I，计算单相有功电流采集整流器电网侧的电压和电流，根据电压和电流，提取整流器电网侧单相有功电流，具体过程为，采集整流器电网侧的电压和电流；获取电压的有效值V；以电压定向，对采集的电压和电流进行dq变换，获得电压的d轴分量ud和电流的d轴分量Id；根据V、ud和Id，计算单相有功电流根据各整流器电网侧单相有功电流和预设的各整流器有功电流反馈系数，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，具体过程为，将Vref-KacIp-V0作为重构虚拟同步机控制算法中PI调节的输入，重构整流器的虚拟电磁转矩；其中，Vref、V0均为虚拟同步机控制算法原有的输入参数，分别为参考直流电压和直流侧输出电压；Kac、Ip分别为整流器有功电流反馈系数和单相有功电流。响应于整流器采用SPWM调制策略，整流器的有功电流反馈系数小于响应于整流器采用SVPWM调制策略，整流器的有功电流反馈系数小于其中，Vref为参考直流电压，Ip为单相有功电流，Vm为电网电压峰值。根据各整流器电网侧单相有功电流、预设的各整流器有功电流反馈系数以及各整流器直流侧电压下垂指令，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，具体过程为，将Vref+Vdroop-KacIp-V0作为重构虚拟同步机控制算法中PI调节的输入，重构整流器的虚拟电磁转矩；其中，Vref、V0均为虚拟同步机控制算法原有的输入参数，分别为参考直流电压和直流侧输出电压；Kac、Ip分别为整流器有功电流反馈系数和单相有功电流；Vdroop为整流器直流侧电压下垂指令。整流器直流侧电压下垂指令计算公式为，其中，Vdroop为整流器直流侧电压下垂指令，Vref为参考直流电压，ΔP＝Kf(ωg-ωr)为所需提供的有功支撑功率，Kf为频率有功下垂系数，ωg为电网实际角频率，ωr为参考电网角频率，Rload为负载电阻。一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配系统，包括，同步机控制模块：采用虚拟同步机控制算法，控制双机并联系统的各整流器；负载功率分配模块：响应于双机并联系统工作于功率跟随模式，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流和预设的各整流器有功电流反馈系数，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现负载功率分配；下垂支撑功率分配模块：响应于双机并联系统工作于下垂控制模式，根据所需提供的有功支撑功率计算各整流器直流侧电压下垂指令，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流、预设的各整流器有功电流反馈系数以及各整流器直流侧电压下垂指令，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现下垂控制模式下有功功率的分配。一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术在现有的虚拟同步机控制算法中进行改进，增加单相有功电流反馈，根据反馈的单相有功电流和有功电流反馈系数，实现根据需要按比例分配负载功率和下垂支撑功率。附图说明图1为现有双机并联系统的结构；图2为包含有功电流反馈的三相PWM整流器的虚拟同步机控制框图；图3为包含下垂控制环路的三相PWM整流器的虚拟同步机控制框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，双机并联系统中各台三相PWM整流器(后续简称“整流器”)采用三相全桥拓扑结构，使用了六个IGBT作为电力电子开关器件，交流侧采取LCL型滤波电路滤除高频电流谐波，直流侧采用大电容进行稳压。整个系统由交流电网、LCL滤波电路、三相整流桥和负载四部分组成；其中va、vb、vc是三相电网电压，igaj、igbj、igbj(j＝1,2，整流器标号)是整流器的网侧电流，icaj、icbj、icbj是整流器的变换器侧电流，eaj、ebj、ecj是整流器的桥臂中点电压，Lgj和Rgj分别是网侧滤波电感和其附加电阻，Lcj和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，其特征在于：包括，/n采用虚拟同步机控制算法，控制双机并联系统的各整流器；/n响应于双机并联系统工作于功率跟随模式，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流和预设的各整流器有功电流反馈系数，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现负载功率分配；/n响应于双机并联系统工作于下垂控制模式，根据所需提供的有功支撑功率计算各整流器直流侧电压下垂指令，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流、预设的各整流器有功电流反馈系数以及各整流器直流侧电压下垂指令，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现下垂控制模式下有功功率的分配。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，其特征在于：包括，
采用虚拟同步机控制算法，控制双机并联系统的各整流器；
响应于双机并联系统工作于功率跟随模式，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流和预设的各整流器有功电流反馈系数，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现负载功率分配；
响应于双机并联系统工作于下垂控制模式，根据所需提供的有功支撑功率计算各整流器直流侧电压下垂指令，提取的各整流器电网侧单相有功电流，根据各整流器电网侧单相有功电流、预设的各整流器有功电流反馈系数以及各整流器直流侧电压下垂指令，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，实现下垂控制模式下有功功率的分配。


2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，其特征在于：采集整流器电网侧的电压和电流，根据电压和电流，提取整流器电网侧单相有功电流。


3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，其特征在于：采集整流器电网侧的电压和电流，根据电压和电流，提取整流器电网侧单相有功电流，具体过程为，
采集整流器电网侧的电压和电流；
获取电压和电流的相位差以及电流的有效值I；
根据和I，计算单相有功电流


4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，其特征在于：采集整流器电网侧的电压和电流，根据电压和电流，提取整流器电网侧单相有功电流，具体过程为，
采集整流器电网侧的电压和电流；
获取电压的有效值V；
以电压定向，对采集的电压和电流进行dq变换，获得电压的d轴分量ud和电流的d轴分量Id；
根据V、ud和Id，计算单相有功电流


5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步机的双机并联系统功率分配方法，其特征在于：根据各整流器电网侧单相有功电流和预设的各整流器有功电流反馈系数，重构虚拟同步机控制算法中各整流器的虚拟电磁转矩，具体过程为，
将Vref-KacIp-V0作为重构虚拟同步机控制算法中PI调节的输入，重构整流器的虚拟电磁转矩；其中，Vref、V0均为虚拟同步机控制算法原有的输入参数，分别为参考直流电压和直流侧输出电压；Kac、Ip分别为整流器有功电流反馈系数和单相有功电流。


6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步机的双机并...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙广明，张卫国，陈良亮，顾琳琳，纪程，邵军军，陈嘉栋，李化，周材，孙季泽，潘爱强，刘哲，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，国电南瑞科技股份有限公司，南瑞集团有限公司，国网电力科学研究院有限公司，国网上海市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32