一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统，采用电压、电流双环控制算法作为VSG的底层控制算法，电压环采用准比例谐振调节器抑制输出电压的谐波分量，电流环采用比例控制以加快系统响应速度；并对有功控制环和无功控制环进行改进。VSG并联运行控制系统包括：分布式电源、三相全桥逆变器、滤波器、负载、VSG控制算法模块、双环控制模块、并联预同步模块、虚拟阻抗模块。本发明专利技术适用于VSG离网情况下，需要增加VSG台数的多VSG并联运行工况，能减少并联瞬间产生的电流冲击造成的不稳定性，实现多机并联带负载运行，减小环流带来的影响，提高功率分配的精确度。提高功率分配的精确度。提高功率分配的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统


[0001]本专利技术涉及三相电力电子逆变器控制领域，尤其涉及一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统。

技术介绍

[0002]随着不可再生资源的日益消耗及对环境保护越来越重视，加大可再生的清洁能源的开发利用成为必然趋势，以风能、太阳能等可再生清洁能源得到迅速发展。以新能源为主的分布式发电系统与传统的发电机相比，缺乏惯性支撑能力和频率、电压自动调节能力，会使其运行时产生较大的波动，降低系统的稳定性。针对此问题，专家学者提出虚拟同步发电机(VSG)概念，VSG作为一种“电网友好型”的新型电力电子并网装置，融合了电力电子设备的灵活性与传统同步发电机的运行机制，能够使分布式逆变电源具有与同步发电机相似的运行特性，对于提高电力系统的稳定性具有重要的支撑作用。
[0003]随着分布式电源渗透率不断提高，实际应用中单台 VSG 的容量是远远不够的，多台VSG并联可有效扩充电网容量。此外，多逆变器并联控制模式下的分布式发电系统能够实现电力系统大功率，满足电力系统日益增高的可靠性要求。而在离网情况下，VSG并入系统瞬间产生较大的冲击电流，并入系统后，也存在环流及功率分配不合理等问题，使VSG难以满足运行性能指标。目前对VSG并联系统研究已取得一些研究成果，主要集中在虚拟阻抗自适应控制上，普遍存在控制复杂的问题且对并联预同步研究较少，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统。在基于Q
‑
PR的电压、电流双环控制算法作为VSG的底层控制算法的基础上，采用频率补偿以达到VSG随时平滑并入系统的目的，采用电压补偿保证各VSG输出电压一致，有效抑制循环电流，提高功率分配精确度。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略， 所述VSG并联运行控制策略包括以下步骤：步骤S1、将VSG三相输出电压信号以及公共端输出三相电压、电流信号分别经过Clark变换转换至αβ两相静止坐标系上；步骤S2、采用基于两相静止坐标的电压、电流双环控制算法对输出信号进行信号调制，电压环采用准谐振调节器，电流环采用比例调节器；步骤S3、引入虚拟阻抗，改变VSG输出阻抗的阻感比例，使输出阻抗呈感抗特性；步骤S4、加入改进的预同步策略，设置参考频率，将除本机外系统所有VSG的频率与额定频率差值和作为补偿加入有功
‑
频率环；步骤S5、将需要并入系统的VSG输出电压与参考电压的差值通过一个积分器作为
补偿添加到无功
‑
电压环上，保持各VSG的输出电压一致；步骤S6、根据负荷实时需要，得到功率分配比例与参数的关系，调节VSG参数，比例分配负荷功率。
[0006]一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制系统，所述VSG并联运行控制系统包括：分布式电源、三相全桥逆变器、滤波器、负载、VSG控制算法模块、双环控制模块、并联预同步模块、虚拟阻抗模块；由分布式电源、三相全桥逆变器、滤波器、负载构成所述VSG并联运行控制系统的主电路。
[0007]进一步的，VSG控制算法模块包括：电压、电流模拟信号采样模块、AD转换模块、瞬时功率计算模块、有功控制环、无功控制环、调制波合成模块。
[0008]进一步的，双环控制模块作为VSG并联运行控制系统的底层控制模块与VSG控制算法模块相连，对三相电压调制波信号进行处理。
[0009]进一步的，并联预同步模块与VSG控制算法模块中的有功控制环相结合，在并联瞬间进行频率补偿。
[0010]进一步的，虚拟阻抗模块采用基于SOGI原理的虚拟阻抗方法，使VSG输出阻抗呈感性。
[0011]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过对传统预同步策略改进，在并联瞬间对并入系统的VSG添加频率补偿，只需将并入系统的VSG输出频率与参考频率差值，设置一定比例添加在有功控制环上，有效的减小了并联冲击电流，可实现VSG平滑并入系统，保证系统运行的稳定性。
[0012]2、本专利技术能保障各VSG输出电压相同，对存在的循环电流进行有效的抑制。
[0013]3、本专利技术能实现功率的按设定比例精确分配，在负荷突变的情况下仍有较好的稳定性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统的分布式逆变电源系统框图。
[0015]图2为本专利技术的VSG控制算法模块框图。
[0016]图3为本专利技术一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统的电压、电流双环控制算法框图。
[0017]图4为本专利技术一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统的预同步控制框图。
[0018]图5为本专利技术一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统的并联预同步框图。
[0019]图6为本专利技术的两台VSG并联拓扑结构框图。
[0020]图7为本专利技术的无功控制环框图。
具体实施方式
[0021]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。
[0022]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0023]本专利技术一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略及系统的分布式逆变电源系统框图如图1所示，包括：分布式能源、Q1
‑
Q6组成的三相逆变桥、逆变器侧电感L和滤波电容C构成LC滤波器、负载、功率计算模块、VSG控制算法模块、双环控制模块以及SVPWM模块。VSG控制算法模块如图2 所示，由有功控制环、无功控制环、调制波合成模块组成，采用传感器测量负载公共端输出三相电压和电流瞬时量，计算瞬时功率并给定VSG功率，通过VSG有功环、无功环以及三相电压信号合成模块得到VSG输出电压信号，并经过图3所示的双环控制算法框图对信号进行处理，最终通过SVPWM模块产生PWM信号控制逆变器开关管的动作。本专利技术中的预同步控制框图如图4所示，将设置为参考机台的输出三相电压进行dq坐标变换，通过PI控制器输出相位作为即将并入系统的VSG坐标变换的参考相位，最终输出补偿相位角。
[0024]一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略，具体包括如下步骤：步骤S1、在并联前，将预同步模块中输出的补偿相位角ω
p
接入有功控制环中，为VSG并入系统做好准备。
[0025]步骤S2、将需要并入机台的频率与参考频率的差值ω
c
作为补偿加入有功
‑
频率环，在并联瞬间频率补偿切换至ω
c ，如图5所示。
[0026]步骤S3、需要VSG并入系统时，频率补偿ω
c
可表示为：
[0027]式中，t为补偿系数, ω
i
为除本机外系统所有VSG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略，其特征在于，所述VSG并联运行控制策略包括以下步骤：步骤S1、将VSG三相输出电压信号以及公共端输出三相电压、电流信号分别经过Clark变换转换至αβ两相静止坐标系上；步骤S2、采用基于两相静止坐标的电压、电流双环控制算法对输出信号进行信号调制，电压环采用准谐振调节器，电流环采用比例调节器；步骤S3、引入虚拟阻抗，改变VSG输出阻抗的阻感比例，使输出阻抗呈感抗特性；步骤S4、加入改进的预同步策略，设置参考频率，将除本机外系统所有VSG的频率与额定频率差值和作为补偿加入有功
‑
频率环；步骤S5、将需要并入系统的VSG输出电压与参考电压的差值通过一个积分器作为补偿添加到无功
‑
电压环上，保持各VSG输出电压一致；步骤S6、根据负荷实时需要，得到功率分配比例与参数的关系，调节VSG参数，按比例分配负荷功率。2.一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制系统，适用于权利要求1所述的一种基于频率电压补偿的VSG并联运行控制策略，其特征在于，所述VSG并联...

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