一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法技术

本发明专利技术属于电力系统稳定性控制技术领域，尤其涉及一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法。本发明专利技术包括：机侧变流器采用转子磁场定向的矢量控制策略，以电压实际值与给定值为输入信号，合成电压控制信号，使得母线电压恒定；网侧变流器控制采用VSG控制策略，实现对变流器的控制；在直流母线处加入储能系统，采用功率外环和电流内环双闭环策略，控制蓄电池充放电，实现补偿频率二次跌落。本发明专利技术不仅克服了VSG只能参与电网一次调频的缺陷，还弥补了风电机组转速恢复期间所产生的频率跌落问题，解决了风电机组的有功备用不足的问题，提高了系统频率稳定性。实现了直流母线电压恒定，维持两侧变流器的输出功率与输入功率相。两侧变流器的输出功率与输入功率相。两侧变流器的输出功率与输入功率相。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法


[0001]本专利技术属于电力系统稳定性控制
，尤其涉及一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法。

技术介绍

[0002]随着高比例新能源、高比例电力电子设备接入的“双高”特征的形成，由火力发电主导的传统电力系统逐步转变为以新能源为主体的新型电力系统。然而，新能源机组在一般的控制方式下无法参与系统调频，使电力系统呈“低惯量”特征，导致“双高”电力系统稳定性问题突出。
[0003]现有技术中VSG可以使风电机组具备一次调频能力，而当电力系统发生较大扰动时，仅靠系统的一次调频，不与系统二次调频进行协调，只能缓解频率下降趋势，无法实现频率的无差调节。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法。其目的是为了能够补偿VSG在二次调频的不足，弥补风电机组转速恢复期间所产生的频率跌落问题，实现提高电力系统稳定性的专利技术目的。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1.机侧变流器采用转子磁场定向的矢量控制策略，以电压实际值与给定值为输入信号，合成电压控制信号，使得母线电压恒定；
[0008]步骤2.网侧变流器控制采用VSG控制策略，实现对变流器的控制；
[0009]步骤3.在直流母线处加入储能系统，采用功率外环和电流内环双闭环策略，控制蓄电池充放电，实现补偿频率二次跌落。
[0010]更进一步的，所述转子磁场定向的矢量控制策略，为id＝0。
[0011]更进一步的，当所述转子磁场定向的矢量控制策略为id＝0时，发电机定子相电压公式为：
[0012][0013]式中，s代表拉普拉斯变换所用的复变量，U
s
为发电机定子相电压，ω
s
为同步角速度；L
sq
、L
sd
分别为d轴q轴的定子绕组电感，i
sq
、i
sd
分别为d轴q轴的定子电流，ψ
f
为定子磁链。
[0014]更进一步的，当所述转子磁场定向的矢量控制策略为id＝0时，机侧变流器控制系统为电压、电流共同控制下的双环控制，外环为直流母线电压环，将电压实际值与给定值作比较，将偏差经过PI调节器得到输出为交轴的给定电流i
sqref
，直轴电流的给定值i
sdref
＝0，通过电流内环控制，改变电磁功率，最终机侧变流器实现直流母线电压恒定；电压方程由三相静止坐标系转化成两相旋转坐标系时公式如下：
[0015][0016]式中，s代表拉普拉斯变换所用的复变量，u
sd
、u
sq
为直轴与交轴的电压，ω
s
为同步角速度，R
s
是定子电阻，L
sq
、L
sd
分别为d轴q轴的定子绕组电感，i
sq
、i
sd
分别为d轴q轴的定子电流，ψ
f
为定子磁链，，d/dt为微分算子。
[0017]更进一步的，所述网侧变流器控制采用VSG控制策略，是通过VSG控制中的有功
‑
频率控制器和无功
‑
电压控制器产生的相位信息与电压幅值信息合成电压控制信号，实现对变流器的控制。
[0018]更进一步的，所述VSG控制策略采用二阶模型进行建模，方程如下：
[0019][0020]式中，E为励磁电动势，U为电枢电压，I为电枢电流，表示其向量形式，J为转动惯量，D为阻尼系数，θ为电角度，j为虚部，P
m
、P
e
分别为原动机输出的机械功率和发电机的电磁功率，ω0为额定角频率，ω为虚拟角频率，ω
g
为参考角频率，t为时间，d/dt为微分算子，Δω
g
为参考角频率和虚拟角频率之差，r
a
为电枢电阻，x
t
为同步电抗。
[0021]更进一步的，所述在直流母线处加入储能系统，是以输入到电网的实际功率P
g
和电网需求指令P
agc
差值为输入信号。
[0022]更进一步的，当所述输入到电网的实际功率P
g
和电网需求指令P
agc
差值为输入信号时，储能系统的物理约束方程如下：
[0023][0024]式中，s为拉普拉斯变换所用的复变量，P
ES
为储能放电功率，J和D
p
分别为VSG的惯性系数和阻尼系数，E为VSG电压幅值，U为风机机组端电压，ω0为VSG机械角速度，ω为电网同步角速度，L为滤波电感，ΔP
f
为功率波动值。
[0025]一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一所述的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法的步骤。
[0026]一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法的步骤。
[0027]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0028]本专利技术提供的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，采用风储联合调频的设计方法，PMSG机侧变流器控制采用i
d
为0的转子磁场定向的矢量控制策略，通过电压实际值与给定值作比较，使得母线电压恒定，维持两侧变流器的输出功率与输入功率相等；网侧变流器控制采用VSG控制策略，通过VSG控制中的有功
‑
频率控制器和无功
‑
电压控制器产生的相位信息与电压幅值信息合成电压控制信号，实现对变流器的控制，提供惯量和阻尼支撑，进而及时调整电网频率；在直流母线处加入储能系统，以输入到电网的实际功率P
g
和电网需求指令P
agc
差值为输入信号，采用功率外环和电流内环双闭环策略，控制蓄电池充放电，从而达到补偿频率二次跌落的目的，本专利技术克服了VSG只能参与电网一次调频的缺陷，弥补了风电机组转速恢复期间所产生的频率跌落问题，解决了风电机组的有功备用不足的问题，提高了系统频率稳定性。
[0029](1)本专利技术针对VSG仅可以使风电机组具备一次调频能力特性，在直流母线处加入储能系统，以输入到电网的实际功率P
g
和电网需求指令P
agc
差值为输入信号，采用功率外环和电流内环双闭环策略，控制蓄电池充放电，使风电机组具备二次调频的能力，从而达到补偿频率二次跌落的目的。
[0030](2)本专利技术直流母线处加入储能系统，储能系统的物理约束通常与VSG的转动惯量J和阻尼系数D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1.机侧变流器采用转子磁场定向的矢量控制策略，以电压实际值与给定值为输入信号，合成电压控制信号，使得母线电压恒定；步骤2.网侧变流器控制采用VSG控制策略，实现对变流器的控制；步骤3.在直流母线处加入储能系统，采用功率外环和电流内环双闭环策略，控制蓄电池充放电，实现补偿频率二次跌落。2.根据权利要求1所述的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，其特征是：所述转子磁场定向的矢量控制策略，为id＝0。3.根据权利要求2所述的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，其特征是：当所述转子磁场定向的矢量控制策略为id＝0时，发电机定子相电压公式为：式中，s代表拉普拉斯变换所用的复变量，U
s
为发电机定子相电压，ω
s
为同步角速度；L
sq
、L
sd
分别为d轴q轴的定子绕组电感，i
sq
、i
sd
分别为d轴q轴的定子电流，ψ
f
为定子磁链。4.根据权利要求2所述的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，其特征是：当所述转子磁场定向的矢量控制策略为id＝0时，机侧变流器控制系统为电压、电流共同控制下的双环控制，外环为直流母线电压环，将电压实际值与给定值作比较，将偏差经过PI调节器得到输出为交轴的给定电流i
sqref
，直轴电流的给定值i
sdref
＝0，通过电流内环控制，改变电磁功率，最终机侧变流器实现直流母线电压恒定；电压方程由三相静止坐标系转化成两相旋转坐标系时公式如下：式中，s代表拉普拉斯变换所用的复变量，u
sd
、u
sq
为直轴与交轴的电压，ω
s
为同步角速度，R
s
是定子电阻，L
sq
、L
sd
分别为d轴q轴的定子绕组电感，i
sq
、i
sd
分别为d轴q轴的定子电流，ψ
f
为定子磁链，，d/dt为微分算子。5.根据权利要求1所述的一种基于VSG控制的风储联合调频设计方法，其特征是：所述网侧变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海鑫，韩德运，卢盛阳，朱钰，闫振宏，王同，张武洋，杨俊友，李子健，隋玉秋，于同伟，蔡玉朋，卢岩，楚天丰，厍世达，宋保泉，杨璐羽，杨颖璇，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：