一种虚拟同步发电机控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种虚拟同步发电机控制方法及控制系统，至少包括频率调节控制方法，所述频率调节控制方法包括以下步骤：获取所述待投切负荷投切瞬间所述虚拟同步发电机转子侧产生的频率变化率极值A；根据频率变化率极值A计算得到极大虚拟转动惯量J

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步发电机控制方法及控制系统


[0001]本专利技术涉及微电网控制
，尤其涉及一种虚拟同步发电机控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]为充分利用风、光等清洁能源，电力系统中风电、光伏并网逆变器的比例越来越高，然而传统下垂控制的并网逆变器因为缺少惯性，在负荷波动时无法提供频率支撑，如果下垂控制策略的分布式电源大量并入大电网，会使同步发电机的转动惯量容量所占比例下降，给大电网的频率稳定性带来严重危害。随着储能装置的引入，并网逆变器也能模拟同步发电机的惯性和阻尼特征，因此产生了虚拟同步发电机的概念。
[0003]目前常规的调频方式为一次调频和二次调频，为充分利用虚拟同步发电机参数可变的特性，不少学者提出自适应转动惯量和阻尼系数等一次调频方式，一次调频的本质是比例调节，功能是防止频率稳态时跌出允许值，但无法恢复至额定值，优点是响应速度快。因此有学者引入传统二次调频策略，可以实现无差调节把频率恢复至额定值，但是二次调频响应速度慢，调节时间相对较长，频率变化容易超出允许值，并且这个缺点在大负荷投切时放大得更为明显。
[0004]现有技术在面向大负荷投切时，存在频率调节速度慢，以及频率波动会超出系统控制安全范围的风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种虚拟同步发电机控制方法及控制系统，以实现在负荷投切瞬间，有效维持频率稳定，并完成虚拟同步发电机的出力调节，保证电网系统的稳定运行。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种虚拟同步发电机控制方法，其中，包括以下步骤：
[0007]根据所述虚拟同步发电机转子摇摆方程获取所述待投切负荷投切瞬间所述虚拟同步发电机转子侧产生的频率变化率极值A；
[0008]根据所述频率变化率极值A计算大功率负荷投切瞬间的极大虚拟转动惯量J
max
，并赋值给所述虚拟同步发电机转子摇摆方程中的转动惯量J，其中，所述极大虚拟转动惯量J
max
的计算公式为J
max
＝J
n
KA，J
n
为所述虚拟同步发电机的额定转动惯量，K为极大转动惯量系数；
[0009]根据所述频率变化率极值A计算所述大功率负荷投切后所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
，所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
的计算公式为P
ref
＝P
refn
‑
J
n
ωA，其中，P
refn
为原稳态给定机械功率，ω为所述虚拟同步发电机转子电角速度的实际值；
[0010]根据所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
计算得到所述虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
；
[0011]获取所述虚拟同步发电机输出并网端口的三相电压u
a
、u
b
和u
c
，以及三相电流i
a
、i
b
和i
c
，并根据公式P
e
＝u
a
i
a
+u
b
i
b
+u
c
i
c
计算得到所述电磁功率P
e
；
[0012]根据所述虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
和所述电磁功率P
e
的比值R进行判断，并根据判断结果调整转动惯量J，并根据调整后的所述转动惯量J控制所述虚拟同步发电机转子摇摆方程输出频率。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供了一种虚拟同步发电机控制系统，执行上述任意一实施例中的虚拟同步发电机频率调节控制方法，
[0014]所述虚拟同步发电机控制系统至少包括逆变器模块、滤波模块、采集模块以及控制模块，所述逆变器模块输出端与所述滤波模块电连接，所述采集模块分别与所述逆变器模块和所述滤波模块电连接，所述控制模块分别与所述逆变器模块和所述采集模块电连接；
[0015]所述采集模块，用于获取所述滤波器模块的电参数；
[0016]所述控制模块至少包括频率调节控制单元，所述频率调节控制单元用于根据所述采集模块获取到的电参数控制所述虚拟同步发电机转子摇摆方程输出频率。
[0017]本专利技术实施例，通过获取待投切负荷投切瞬间虚拟同步发电机转子侧产生的频率变化率极值A，并将由频率变化率极值A计算得到极大虚拟转动惯量J
max
，赋值给虚拟同步发电机转子摇摆方程中的转动惯量J，然后再根据频率变化率极值A计算大功率负荷投切后虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
，进而计算得到虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
，同时获取虚拟同步发电机的电磁功率P
e
，再根据输入机械功率P
m
和电磁功率P
e
的比值R调整转动惯量控制虚拟同步发电机转子摇摆方程输出频率，以实现在负荷投切瞬间，通过虚拟同步发电机转动惯量和功率增量的瞬时控制，有效维持频率稳定，并完成虚拟同步发电机的出力调节，保证电网系统的稳定运行。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种孤岛模式下虚拟同步发电机拓扑结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的一种虚拟同步发电机频率调节控制方法流程图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的另一种虚拟同步发电机频率调节控制方法流程图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的一种虚拟同步发电机电压调节控制方法流程图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的一种虚拟同步发电机控制系统结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0024]在传统电力系统中，频率同发电机的转速有严格的关系。发电机的转速是由作用在机组转轴上的转矩(或功率)平衡所确定。原动机输入的机械功率如果能同发电机输出的电磁功率严格的保持平衡，发电机的转速就能恒定不变。由于电能不能存储，负荷的任何变化都立即引起发电机的输出电磁功率的相应变化，原动机的输入机械功率由于调节系统的相对迟缓无法适应电磁功率的瞬时变换，从而引起频率偏差，由转子运动方程可知，除了应
用调速器和调频器进行输入机械功率的调整，改变转子的转动惯量也能起到抑制转速变化趋势的作用。
[0025]虚拟同步发电机的调频过程就是根据上述思想建立的，通过模拟传统同步发电机的机械和电气特性，使逆变器也能等效出转动惯量应对负荷的变化，由于虚拟同步发电机不受实际物理参数的限制，通过频率变化的趋势和功率差额不断调整转动惯量和给定机械功率的大小，在减缓频率变化的过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，至少包括频率调节控制方法，所述频率调节控制方法包括以下步骤：根据所述虚拟同步发电机转子摇摆方程获取所述待投切负荷投切瞬间所述虚拟同步发电机转子侧产生的频率变化率极值A；根据所述频率变化率极值A计算大功率负荷投切瞬间的极大虚拟转动惯量J
max
，并赋值给所述虚拟同步发电机转子摇摆方程中的转动惯量J，其中，所述极大虚拟转动惯量J
max
的计算公式为J
max
＝J
n
KA，J
n
为所述虚拟同步发电机的额定转动惯量，K为极大转动惯量系数；根据所述频率变化率极值A计算所述大功率负荷投切后所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
，所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
的计算公式为P
ref
＝P
refn
‑
J
n
ωA，其中，P
refn
为原稳态给定机械功率，ω为所述虚拟同步发电机转子电角速度的实际值；根据所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
计算得到所述虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
；获取所述虚拟同步发电机输出并网端口的三相电压u
a
、u
b
和u
c
，以及三相电流i
a
、i
b
和i
c
，并根据公式P
e
＝u
a
i
a
+u
b
i
b
+u
c
i
c
计算得到所述电磁功率P
e
；根据所述虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
和所述电磁功率P
e
的比值R进行判断，并根据判断结果调整转动惯量J，并根据调整后的所述转动惯量J控制所述虚拟同步发电机转子摇摆方程输出频率。2.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，获取所述待投切负荷投切瞬间所述虚拟同步发电机转子侧产生的频率变化率极值A包括：将虚拟同步发电机的极对数设为1，则转子的电角速度等于机械角速度，根据计算所述频率变化率极值A，其中，ω为所述虚拟同步发电机转子电角速度的实际值，t＝0为所述待投切负荷投切瞬间。3.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，在根据所述频率变化率极值A计算大功率负荷投切瞬间的极大虚拟转动惯量J
max
之前，还包括：将所述频率变化率极值A与预设阈值进行比较，当所述频率变化率极值A的绝对值大于或者等于所述预设阈值时，判定所述待投切负荷为大功率负荷，则将所述极大虚拟转动惯量J
max
赋值给所述虚拟同步发电机转子摇摆方程中的转动惯量J。4.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，根据所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
计算得到所述虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
包括：通过一次调频控制获得所述虚拟同步发电机的第一输入机械功率P
m1
，再通过二次调频控制获得所述虚拟同步发电机的第二输入机械功率P
m2
；叠加所述虚拟同步发电机的给定机械功率P
ref
、所述第一输入机械功率P
m1
和所述第二输入机械功率P
m2
得到所述虚拟同步发电机的输入机械功率P
m
。5.根据权利要求4所述的虚拟同步发电机控...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖振业，劳德基，张力，屈斯成，潘立丰，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司清远供电局，
类型：发明
国别省市：