一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法，属于基于分布式发电的新能源技术领域。基于理想工况的VSG的研究方法并不适用于存在输出电流不平衡和功率振荡等问题的电网电压不对称的情况。在分析不对称工况下VSG的运行机理后，提出了一种新的控制策略。该方法通过舍去电压负序分量并且控制电流的负序分量，以同时解决电流不平衡和功率振荡两种问题。另外，提出了一种电网电压前馈控制，抑制了在电网电压跌落和恢复瞬间所产生的冲击电流。电流。电流。

【技术实现步骤摘要】
一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法


[0001]本专利技术涉及分布式发电的新能源
，具体涉及一种电网电压不平衡工况下的控制策略。

技术介绍

[0002]传统化石能源所带来的环境问题和能源危机成为了现阶段困扰人们的一大问题，基于可再生能源的分布式发电(DGs)受到广泛关注。新能源发电设备的大量并网减轻了电网的运行负担，然而，当电网发生不对称电压跌落时，新能源发电装置将出现输出电流三相不对称以及功率振荡的情况，大量并网逆变器出现该情况会严重影响电网的电能质量，造成并网设备大面积脱网，引发重大灾害。因此需对不平衡工况下的新能源发电装置的控制策略进行改进。

技术实现思路

[0003]为了解决上述不平衡工况下产生的问题，本专利技术提供一种不平衡电网下虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)的控制改进措施。在电网电压跌落时，将不平衡工况下的控制策略加入到电压外环与电流内环间，在电网电压不平衡瞬间，加入电网电压前馈控制策略，用来调节由VSG和电网响应速度不同而产生的d轴电流的差值。改进虚拟同步发电机的有功和无功功率控制环，使其在不平衡工况下的虚拟内电势的幅值以及频率不变，从而使整个控制环路在切换瞬间能够维持稳定而不发生功率和输出电流的波动。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法，在电网电压不平衡的条件下，通过对电网电压电流负序分量的控制，实现同时解决输出电流不对称和功率的二倍频振荡的问题。
[0005]进一步，所述的电压电流负序分量的控制加在电压外环和电流内环中，具体为：
[0006]采用二倍频陷波器BPF将电压负序分量消去，电压正序分量输入电压外环进行控制，得到正序电流的参考值；用二阶广义积分器SOGI分离电流的正负序分量，正序分量代入电流内环进行PI控制，将0作为负序电流的参考值，采用比例
‑
谐振控制对电流的负序分量进行控制。
[0007]进一步，二倍频陷波器BPF和二阶广义积分器SOGI表达式分别如下：
[0008][0009][0010]式中，ω
c
为陷波角频率，此处为2倍电网频率；Q为品质因数，其大小影响陷波器的响应速度和滤波性能，Q越小，响应越快，Q越大，滤波性能越好，此处Q值取0.707；k
r
为谐振系数，其特性与Q类似。
[0011]进一步，在电压外环控制中加入了电网电压前馈控制，以抑制暂态冲击电流；电网电压跌落瞬间，VSG由于具有虚拟惯性，其输出电压受机电时间常数影响缓慢变换，因此采用电网电压前馈来抑制冲击电流，具体为：
[0012]采集电网电压作为控制环节的参考电压，VSG的输出电压作为跟随，进行准比例谐振控制，使输出电压能够更快速跟随电网电压，从而减小输出电压与电网电压的差值；前馈控制所得电流与电压外环控制所得电流累加作为电流内环的正序电流参考值，电压跌落瞬间引起d轴电流参考值的突变，产生冲击电流，通过电网电压前馈控制来抑制冲击电流。
[0013]进一步，还包括，该控制方法会引起功率的平均值发生变化这一问题，提出如下控制改进方法：
[0014]将虚拟同步发电机数学模型等式左边的值等效为0，令P
set
‑
P
e
＝0，VSG的输出角频率ω跟随额定角频率ω
n
，并乘以有功下垂系数，其结果经惯性环节后即得到角频率输出值ω，然后通过积分环节，得到VSG输出虚拟内电势的相位角θ，该控制方法可以令ω与ω
n
保持一致，使得输出频率永远为额定频率，实现锁频功能；同理无功功率控制环的等式左边为零，由于等式右边为一个微分环节，从而可以实现输出内电势的幅值E
m
保持不变，将此输出值送入电压电流双环，在检测到电网电压跌落时，开关S1、S2动作，切换至上述控制方法，使得有功功率环和无功功率环锁住频率和幅值不变。
[0015]本专利技术提出的控制方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0016]1、本专利技术提供了一种不平衡电网下VSG的控制改进措施，能够同时实现输出电流平衡和抑制功率振荡。
[0017]2、该专利技术采用的恒定内电势的角频率与幅值固定不变，可以有效地缩短电压跌落时的暂态时间，使系统在电网电压平衡与不平衡之间的切换更加稳定。
[0018]3、该专利技术所采用的电网电压前馈控制，能够有效减缓d轴电流参考值的变化，从而达到抑制冲击电流的效果。
附图说明
[0019]图1 VSG的拓扑结构
[0020]图2改进后电压电流双闭环控制
[0021]图3功率环改进措施
[0022]图4冲击电流抑制措施
具体实施方式
[0023]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0024]一种不平衡电网下VSG的控制改进措施，该不平衡电网下VSG的控制改进策略包括输出三相电流平衡和消除功率振荡；平衡电流采用分离负序电流进行控制的方法；消除功率振荡采用消去电压的负序分量并与平衡电流的方法相结合，具体包括：
[0025]在电网电压不平衡的条件下，d
‑
q坐标系下的电压和电流可以分解成正序和负序分量，如式(1)
[0026][0027]式中，上标“+”和
“‑”
分别表示正序分量和负序分量，j表示虚数单位，v
dq
和i
dq
分别表示d
‑
q坐标系下电压和电流的d轴分量和q轴分量，v
d
为d轴电压分量，v
q
为q轴电压分量，i
d
为d轴电流分量，i
q
为q轴电流分量。
[0028]根据瞬时功率理论，VSG的输出有功功率P
e
和无功功率Q
e
可以表示为：
[0029][0030]其中，v
od
和v
oq
表示d
‑
q坐标系下输出电压的d
‑
q轴分量，i
od
和i
oq
表示d
‑
q坐标系下输出电流的d
‑
q轴分量。
[0031]将式(1)代入(2)，可求得：
[0032][0033]其中，P0、Q0分别为瞬时有功功率和无功功率的平均值，P
c2
、P
s2
分别为有功功率余弦分量和正弦分量的功率波动幅值，Q
c2
、Q
s2
分别为无功功率余弦分量和正弦分量的功率波动幅值。将式(3)展开，得到式(4)：
[0034][0035]通过分析(3)和(4)不难发现，电网电压不平衡时，电压和电流在d
‑
q坐标系下的负序分量会引起功率的2倍频振荡。并且由于负序电流的存在，VS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于：在电网电压不平衡的条件下，通过对电网电压电流负序分量的控制，实现同时解决输出电流不对称和功率的二倍频振荡的问题。2.根据权利要求1所述的一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于：所述的电压电流负序分量的控制加在电压外环和电流内环中，具体为：采用二倍频陷波器BPF将电压负序分量消去，电压正序分量输入电压外环进行控制，得到正序电流的参考值；用二阶广义积分器SOGI分离电流的正负序分量，正序分量代入电流内环进行PI控制，将0作为负序电流的参考值，采用比例
‑
谐振控制对电流的负序分量进行控制。3.根据权利要求2所述的一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于：二倍频陷波器BPF和二阶广义积分器SOGI表达式分别如下：倍频陷波器BPF和二阶广义积分器SOGI表达式分别如下：式中，ω
c
为陷波角频率，此处为2倍电网频率；Q为品质因数，其大小影响陷波器的响应速度和滤波性能，Q越小，响应越快，Q越大，滤波性能越好，此处Q值取0.707；k
r
为谐振系数，其特性与Q类似。4.根据权利要求2所述的一种不平衡电网下虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于：在电压外环控制中加入了电网电压前馈控制，以抑制暂态冲击电流；电网电压跌落瞬间，VSG由于具有虚拟惯性，其输出电压受机电时间常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宇新，高枫，施凯，徐培凤，任明炜，蔡浩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：