基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，涉及虚拟同步机技术领域，利用低带宽通讯获取逆变器输出的无功信息，通过自适应虚拟阻抗的虚拟同步机多机并联接入以及控制策略，保证系统频率电压稳定，提高虚拟同步机接入电网的电能品质，增强电网阻尼惯性，实现无功负荷的精确分配，为主动配电网的安全运行提供更多的控制自由度。动配电网的安全运行提供更多的控制自由度。动配电网的安全运行提供更多的控制自由度。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法


[0001]本专利技术属于虚拟同步机
，尤其涉及一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法。

技术介绍

[0002]基于可再生能源(如风能、太阳能等)的分布式发电技术是人类应对能源危机和环境污染的重要手段之一。而大量分布式电源通过并网逆变器等电力电子装置接入电网，使传统的同步发电机比例逐渐降低，从而引起电力系统的旋转备用容量及转动惯量相对减少的现象；同时，由于一次能源具有间歇性及不可控性，使得电网稳定性问题越发严峻。因此如何让分布式电源友好地并网，降低分布式电源对电网安全优质运行的负面影响，提高电网对分布式电源的接纳能力，是智能配电网亟需解决的重大问题。
[0003]在这样的背景下，提出了虚拟同步发电机概念，即通过向并网逆变器引入相应控制算法，使基于并网逆变器的分布式电源从外特性上模拟或部分模拟出同步发电机的频率及电压控制特性，同时增强分布式能源的并网阻尼和惯性，从而改善分布式系统的稳定性。
[0004]多虚拟同步发电机组网运行在系统容量、冗余性、可靠性、灵活性等方面具有巨大优势，但系统中分布式能源地理位置分散，线路阻抗的不匹配、逆变器结构参数及控制器类型等诸多因素均会造成逆变器输出电压的差异，从而导致并联系统的无功功率很难实现按容量比例精确分配，产生无功环流，而无功环流在逆变器间传送，加大了逆变器中的功率器件、线路及输出滤波器的电流应力和热应力，严重时将导致逆变器过载或过流保护动作，致使并联系统无法工作。

技术实现思路

>[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，从而克服了现有多虚拟同步机并联运行时的无功分配和环流分配不合适的缺点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，包括以下步骤：
[0007]中央控制器通过低带宽通讯获取虚拟同步机多机并联系统中各VSG单元输出的无功信息，根据所述无功信息构造自适应虚拟阻抗，从而补偿由于馈线压降不等而造成的逆变器输出电压参考值的差异，实现无功负荷的精确分配；
[0008]其中，虚拟同步机多机并联系统包括本地控制器；
[0009]中央控制器根据所述自适应虚拟阻抗构建控制策略，所述控制策略包括以下步骤：
[0010]中央控制器获取所述无功信息，在本地控制器接收到与实际输出不相同的无功负荷参考值之前，积分控制信号为0，积分器的输出保持在上一次调节的状态，若负荷不发生变化，VSG单元输出的无功负荷稳定跟随无功负荷参考值，系统无功分配情况良好，控制策略一直持续，直到负荷发生变化，进入下一步骤；
[0011]当负荷变化时，VSG单元输出的无功负荷相应改变，中央控制器根据新的无功负荷情况同步更新无功负荷参考值，本地控制器检测到实时的无功负荷与新的无功负荷参考值存在偏差时，将积分控制信号由0置为1，使积分器开始无功功率的调节，当VSG单元输出的无功稳定跟随新的无功负荷参考值时，调节过程结束，积分控制信号复位为0，返回上一步骤进行控制。
[0012]优选地，中央控制器定时获取所述无功信息。
[0013]优选地，中央控制器定时获取所述无功信息为：
[0014]同步信号的频率为5Hz，中央控制器没0.2秒计算并更新一次无功负荷参考值。
[0015]优选地，所述控制策略还包括：当中央控制器与虚拟同步机多机并联系统中断时，本地控制器获取负荷，若负荷不发生变化，虚拟同步机多机并联系统将持续无功精确分配的稳态；若负荷发生变化，根据积分器的输出保留在上一次的调节状态。
[0016]优选地，当中央控制器与虚拟同步机多机并联系统中断时为：本地控制器记录最近一次无功参考值的更新时间，当检测到更新时间超时，判断虚拟同步机多机并联系统出现通讯故障，将虚拟同步机多机并联系统的积分控制信号置为0，同时，中央控制器停止所有VSG单元的无功信号更新，直到通讯恢复为止。
[0017]优选地，所述自适应虚拟阻抗的表达式为：
[0018][0019]其中，
[0020][0021]上式中，X
v
为实现低压系统中无功和有功功率解耦的虚拟电抗；Q
j_rate
为第j台VSG单元的额定无功功率；Q
Load
为虚拟同步机多机并联系统的无功负荷的总功率，由所有VSG单元输出的无功之和得到；Q
i*
为中央控制器根据总的无功负荷功率和各VSG单元的额定容量权重计算出的对应微源应分摊的无功参考值；K
c
为积分控制增益；G
k
为积分控制信号，由VSG单元的本地控制器中的逻辑电路产生，当检测到无功分配偏差，即VSG接收到的无功参考值与实际输出的无功不相等时，G
k
信号为1，使能积分器；当检测到无功分配偏差消除或通讯出现中断现象时，G
k
信号为0，禁止积分器使能。
[0022]与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0023]本专利技术所提供的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，利用低带宽通讯获取逆变器输出的无功信息，通过自适应虚拟阻抗的虚拟同步机多机并联接入以及控制策略，保证系统频率电压稳定，提高虚拟同步机接入电网的电能品质，增强电网阻尼惯性，实现无功负荷的精确分配，为主动配电网的安全运行提供更多的控制自由度。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术的虚拟同步机多机并联系统的结构示意图；
[0026]图2是并联虚拟同步发电机的功率分配原理示意图；
[0027]图3是引入虚拟阻抗的虚拟同步机多机并联系统的等效原理示意图；
[0028]图4是引入虚拟阻抗后的电压电流比例的环流控制框图；
[0029]图5是专利技术实施例的虚拟同步机多机并联系统仿真模型结构示意图；
[0030]图6是三台并联VSG单元采用传统虚拟同步控制时的仿真结果示意图；
[0031]图7是采用本专利技术方法进行控制的仿真结果示意图；
[0032]图8是三台VSG有功和无功分配的仿真结果示意图；
[0033]图9是通讯中断时虚拟同步机多机并联系统的功率分配的仿真结果；
[0034]图10是本专利技术一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法的流程图。
具体实施方式
[0035]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，其特征在于，包括以下步骤：中央控制器通过低带宽通讯获取虚拟同步机多机并联系统中各VSG单元输出的无功信息，根据所述无功信息构造自适应虚拟阻抗，从而补偿由于馈线压降不等而造成的逆变器输出电压参考值的差异，实现无功负荷的精确分配；其中，虚拟同步机多机并联系统包括本地控制器；中央控制器根据所述自适应虚拟阻抗构建控制策略，所述控制策略包括以下步骤：中央控制器获取所述无功信息，在本地控制器接收到与实际输出不相同的无功负荷参考值之前，积分控制信号为0，积分器的输出保持在上一次调节的状态，若负荷不发生变化，VSG单元输出的无功负荷稳定跟随无功负荷参考值，系统无功分配情况良好，控制策略一直持续，直到负荷发生变化，进入下一步骤；当负荷变化时，VSG单元输出的无功负荷相应改变，中央控制器根据新的无功负荷情况同步更新无功负荷参考值，本地控制器检测到实时的无功负荷与新的无功负荷参考值存在偏差时，将积分控制信号由0置为1，使积分器开始无功功率的调节，当VSG单元输出的无功稳定跟随新的无功负荷参考值时，调节过程结束，积分控制信号复位为0，返回上一步骤进行控制。2.根据权利要求1所述的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，其特征在于，中央控制器定时获取所述无功信息。3.根据权利要求2所述的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，其特征在于，中央控制器定时获取所述无功信息为：同步信号的频率为5Hz，中央控制器没0.2秒计算并更新一次无功负荷参考值。4.根据权利要求1所述的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统改进无功控制方法，其特征在于，所述控制策略还包括：当中央控制器与虚拟同步机...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢广陵，孙志媛，周柯，窦骞，刘默斯，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：