并网逆变器的虚拟参数控制方法技术

本发明专利技术公开了一种并网逆变器的虚拟参数控制方法，包括：采集虚拟同步机虚拟转子的角频率偏差量Δω和有功功率偏差量ΔP，输出变化的虚拟阻尼D和虚拟转动惯量J，有功功率经虚拟同步机的频率控制方程输出参考功角，无功功率经虚拟同步机的励磁调节方程输出参考电压幅值，合成三相电压的相量值，输出控制脉冲，控制IGBT的导通和关断。本发明专利技术不引入角频率导数项，平抑母线频率波动，改善频率暂态特性，同时避免了传统VSG自适应控制环节引入的噪声干扰，能够虚拟同步机控制技术使新能源发电系统呈现出常规发电机转动惯量和阻尼特性，进一步提高了系统的抗扰动能力和控制的灵活性。提高了系统的抗扰动能力和控制的灵活性。提高了系统的抗扰动能力和控制的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
并网逆变器的虚拟参数控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电
更具体地说，本专利技术涉及一种并网逆变器的虚拟参数控制方法。

技术介绍

[0002]以风能、光伏为代表的新能源发电需经过电力电子变换器实现并网。为解决新能源发电系统不具备惯性支撑而导致的电网稳定性问题，通过虚拟同步机(VSG)控制技术改进逆变器的控制策略，实现新能源发电系统呈现常规发电机转动惯量和阻尼特性，为解决分布式能源并网系统存在调频与调压问题提供思路，有效促进了以电力电子设备为主导的新型电力系统对新能源的消纳。
[0003]在实际生产生活中，VSG控制技术的控制效果与同步发电机自身机械惯性的调节作用仍然存在差距，当电力系统中出现较大扰动时，VSG控制算法存在明显的局限性，且传统的VSG控制技术中，其虚拟惯量和虚拟阻尼皆为定值，难以适应新能源的随机波动。近年来对VSG控制技术的改进越来越多样化，包括通过一种双模糊改进的VSG控制策略，自适应调整VSG的惯性系数和阻尼系数，或者，在传统VSG的VSG控制技术中加入补偿环节，降低了系统阶数，并对参数进行自适应调节，在简化控制的同时也提高了动态响应速度和系统稳定性，再或者，在传统VSG的VSG控制技术基础上，加入输出速度反馈控制调节阻尼系数，抑制了动态调节过程中的功率超调现象，并以暂态调节过程中的频率变化率为标准，对虚拟惯性系数进行自适应调节，再或者，将系统扰动后的振荡过程划分为多个阶段，根据每个阶段VSG功率振荡和功角变化特性，自适应改变虚拟惯量和阻尼系数，减小频率动态变化过程中的超调量和调节时间。但是这些改进技术均存在一个问题，需利用频率的变化率，因此需在控制环节中引入频率微分项，从而会导致系统中产生噪声干扰，恶化VSG输出频率的暂态响应特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种并网逆变器的虚拟参数控制方法，其不引入角频率导数项，平抑母线频率波动，改善频率暂态特性，同时避免了传统VSG自适应控制环节引入的噪声干扰，能够虚拟同步机控制技术使新能源发电系统呈现出常规发电机转动惯量和阻尼特性，进一步提高了系统的抗扰动能力和控制的灵活性。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种并网逆变器的虚拟参数控制方法，包括：
[0006]步骤一、采集虚拟同步机虚拟转子的角频率偏差量Δω和有功功率偏差量ΔP；
[0007]步骤二、虚拟阻尼D根据ΔPΔω和Δω与设定阈值的大小关系而改变，输出变化的虚拟阻尼D；
[0008]步骤三、虚拟转动惯量J根据ΔPΔω、Δω和ΔP与设定阈值的大小关系而改变，输出变化的虚拟转动惯量J；
[0009]步骤四、有功功率经虚拟同步机的频率控制方程输出参考功角，无功功率经虚拟同步机的励磁调节方程输出参考电压幅值，合成三相电压的相量值，输出控制脉冲，控制IGBT的导通和关断。
[0010]优选的是，步骤二中，虚拟阻尼D根据ΔPΔω和Δω与设定阈值得大小关系而改变，具体为：
[0011][0012]其中，D0表示D参数的稳态值，K
D
表示D参数调节过程中Δω变化的阈值，k3～k5表示调节系数，h表示角频率变化率与功率偏差量间的转换系数。
[0013]优选的是，步骤三中，虚拟转动惯量J根据ΔPΔω、Δω和ΔP与设定阈值的大小关系而改变，具体为：
[0014][0015]其中，J0表示J参数的稳态值，K
J0
表示J参数调节过程中Δω变化的阈值，K
J1
表示J参数调节过程中dω/dt变化的阈值，k1～k2表示调节系数，h表示角频率变化率与功率偏差量间的转换系数。
[0016]优选的是，步骤四中，合成的三相电压的相量值，经过电压
‑
电流双闭环控制和SVPWM生成器输出控制脉冲，具体为：
[0017]外环控制将参考电压U
ref
与输出电压U0作差，电压偏差经过外环控制转变为电流信I
ref
；
[0018]内环控制将电流信号I
ref
与输出电流I
L
作差，电流偏差经过内环控制调制波调制得到SVPWM控制信号。
[0019]电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述的方法。
[0020]存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现所述的方法。
[0021]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0022]第一、本专利技术解决了高比例新能源小电网“低惯量，弱阻尼”的特性而导致的频率剧烈波动问题，通过控制逆变器按照VSG方式运行并使虚拟惯量和阻尼参数在运行过程中关联VSG输出角频率的偏差量和变化率，以达到平抑频率波动的目的；解决了关联角频率变化率导致系统产生噪声干扰的问题，由于VSG输出的有功功率和角频率动态响应中功率偏差量和角频率变化率在各振荡阶段正负号一致，对逆变器进行自适应优化控制，用功率偏差量代替原控制环节中的角频率导数项，使得简化控制环节同时改善了频率动态调节波形。
[0023]第二、本专利技术相较于现有的双参数自适应调节技术，独创了虚拟阻尼D和虚拟转动
惯量J的关联参数、判定条件、控制方式，能够避免引入导数项，减小算法对频率和功率响应特性的影响，多增设阈值，增强系统稳定，采用ΔP与Δω共同控制，系统响应更加灵敏，虚拟阻尼D的调节能够更好地避免角频率偏移过大，减小响应超调量，抑制振荡，虚拟转动惯量J的调节能够加快角频率回归稳定，提高动态响应速率。
[0024]第三、本申请使用功率偏差量ΔP代替频率变化率dω/dt，可以有效避免使用dω/dt引入的噪音干扰问题，更加适用于大扰动及多机系统中。同时，功率偏差量ΔP较频率变化率dω/dt更易测量。对于J，在扰动前期为了抑制角频率变化率，自适应调节需关联dω/dt，在扰动后期为了抑制角频率偏差量，自适应调节需关联Δω；对于D，在整个调节过程中增大D的值有利于改善动态特性，其自适应调节在扰动前期关联Δω和dω/dt，而扰动后期为了避免dω/dtt变化过大加剧振荡，关联项仅为Δω。综合考虑，在系统受到扰动后频率波动周期分段的四个区间内，一三区间应自适应增大J和D的值，二四区间内减小J值、适当增大D值，将自适应调节的参数与两个关联量更加紧密联系在一块，自适应调节更加灵活，能够进一步加快频率功率响应、增强稳定性，波形质量进一步提高。
[0025]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的一种技术方案的VSG主电路拓补结构图；
[0027]图2为本专利技术的一种技术方案的VSG控制框图；
[0028]图3为本专利技术的一种技术方案的提供的电压
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电流双闭环控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.并网逆变器的虚拟参数控制方法，其特征在于，包括：步骤一、采集虚拟同步机虚拟转子的角频率偏差量Δω和有功功率偏差量ΔP；步骤二、虚拟阻尼D根据ΔPΔω和Δω与设定阈值的大小关系而改变，输出变化的虚拟阻尼D；步骤三、虚拟转动惯量J根据ΔPΔω、Δω和ΔP与设定阈值的大小关系而改变，输出变化的虚拟转动惯量J；步骤四、有功功率经虚拟同步机的频率控制方程输出参考功角，无功功率经虚拟同步机的励磁调节方程输出参考电压幅值，合成三相电压的相量值，输出控制脉冲，控制IGBT的导通和关断。2.如权利要求1所述的并网逆变器的虚拟参数控制方法，其特征在于，步骤二中，虚拟阻尼D根据ΔPΔω和Δω与设定阈值得大小关系而改变，具体为：其中，D0表示D参数的稳态值，K
D
表示D参数调节过程中Δω变化的阈值，k3～k5表示调节系数，h表示角频率变化率与功率偏差量间的转换系数。3.如权利要求1或2所述的并网逆变器的虚拟参数控制方法，其特征在于，步骤三中，虚拟转动惯量J根据ΔPΔω、Δω和ΔP与设定阈值的大小关系而改变，具体为：其中，J0表示J参数的稳态值，K
J0
表示J参数调节过...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯显洪，吴天林，肖代宁，王磊，朱江，王蛟，余胜林，
申请(专利权)人：中交机电工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：