【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于逆变器并网控制领域，具体涉及一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略及系统。
技术介绍
1、在能源和污染问题日益突出的当下，传统的化石发电已经越来越难以满足现在社会的可持续发展要求。近些年来，风电、光伏等新能源快速发展，电力电子变流控制技术和并网技术得到了广泛应用。然而传统的大功率电力电子换流器难以为电网系统提供足够的无功支撑能力，同时分布式电源发电随机性大，并网逆变器的惯量阻尼小，对电网系统的稳定有所影响。
2、为解决存在的问题，虚拟同步发电机技术得到了国内外技术人员的广泛关注，其模拟同步发电机的转子方程，通过加入虚拟惯量和虚拟阻尼参数，使得电力电子换流器具有了类似同步发电机的调频和调压特性，能够为电网提供电压支撑和频率调节能力。
3、虚拟同步发电机技术在模拟同步发电机转子的同时，也存在诸多问题。虚拟惯量增加了整个系统的阶数，容易使得响应速度降低，影响并网稳定性，虚拟阻尼过大则容易影响系统的稳态性能，不合理的参数选取使得vsg易发生输出振荡，在受到扰动时发生频率振荡、功角失稳等现象。
4、现阶段对比vsg的小扰动稳定性方面的研究，vsg并网控制技术在暂态稳定性的方面研究相对较少，针对电网电压大幅度跌落的情况，vsg可能发生功角发散的情况，导致分布式微源从电网系统中脱落，因此有必要研究具有良好暂态稳定性的vsg并网控制策略。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，包括：建立vsg控制策略的小信号模型，生成传递函数，分析系统的动态性能；根据vsg的二阶传递函数，对有功控制环节进行优化；将电网电压跌落期间vsg的暂态特性分为四个阶段，根据不同阶段的特性定义vsg的运行状态；根据vsg的不同运行状态，自适应调整有功控制环内的参数，保证受到扰动时vsg的暂态稳定性。
4、作为本专利技术所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略的一种优选方案，其中：所述建立vsg控制策略的小信号模型包括根据传统的同步发电机二阶模型，vsg转子方程为：
5、
6、其中j为虚拟惯量，d为虚拟阻尼，pm和pe为同步发电机的机械功率和电磁功率，ω为发电机角速度、δω为额定转速与实际转速的偏差、ωn为额定角速度；
7、根据同步发电机的功频特性曲线，可得p-f的下垂特性方程：
8、pm＝pref+kpδω
9、其中，pm为机械功率，pref为功率参考值，kp为下垂系数；
10、根据上式，可得vsg的有功控制框图和小信号模型，由此可得vsg的传递函数为：
11、
12、其中e为电网电压值，uf为vsg输出电势，xf为总阻抗，pm(s)为机械功率的频域信号，pe(s)为电磁功率的频域信号。
13、作为本专利技术所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略的一种优选方案，其中：所述对有功控制环节进行优化包括根据控制理论，增加有效的二阶系统的闭环零点，在保证原系统稳定的情况下改善动态性能，在有功环节加入pd控制，得修改后的闭环函数：
14、
15、其中，k为pd控制器的比例系数；
16、根据同步发电机的电磁原理可知，vsg中的电磁方程为：
17、
18、其中δ为功角；
19、将pe在稳态时的功角δ0附近进行泰勒展开并忽略高次项，可得：
20、pe(δ)＝pe(δ0)+k0δδ
21、其中，δδ为功角变化值，δ0为稳态时的功角，pe(δ0)为稳态时的电磁功率，pe(δ)为变化后的电磁功率；
22、根据上诉泰勒展开式，将功角差补偿加入有功功率输入中，可得有功控制传递函数为：
23、
24、其中，k0为机械功率按功角泰勒展开的一次项系数。
25、应当说明的是，如图4所示，a为初始稳定运行点，b为电压跌落后的暂态运行点，c为新的功率平衡点，d为功角最大点，e为不稳定运行点。
26、作为本专利技术所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略的一种优选方案，其中：所述根据不同阶段的特性定义vsg的运行状态包括将δω和dω/dt的正负作为判断某阶段特性的标准，当δω·dω/dt＞0时，将vsg视为处于加速阶段，当δω·dω/dt＜0时，vsg视为处于减速阶段；
27、系统正常运行时，dω/dt＝0，vsg处于稳定状态，此时位于初始稳定运行点上，当电网电压跌落后，功角特性曲线发生改变，此时的运行点由初始稳定运行点变成电压跌落后的暂态运行点；
28、当处于电压跌落后的暂态运行点到新的功率平衡点区间时，有功输入功率大于电磁功率，由于转矩的不平衡作用，功角开始增大，vsg向新的功率平衡点运行，此时δω＞0,dω/dt＞0，vsg处于加速状态；
29、当处于新的功率平衡点到不稳定运行点区间时，由于转子的惯性，在达到最大值δmax后，功角将越过新的功率平衡点继续增大，此时不平衡转矩将起减速作用，此时δω＞0,dω/dt＜0，vsg处于减速状态；
30、当处于不稳定运行点到新的功率平衡点区间时，vsg受不平衡转矩影响继续减速，向新的功率平衡点运行，此时δω＜0,dω/dt＜0，vsg处于加速状态；
31、当处于新的功率平衡点到电压跌落后的暂态运行点区间时，由于惯性作用工作点将越过c，在区间内δω＝0，功角达到最小值δmin，此时δω＜0,dω/dt＞0，vsg处于减速状态，此后vsg将在新的功率平衡点附近震荡运动直至稳定。
32、作为本专利技术所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略的一种优选方案，其中：所述自适应调整有功控制环内的参数包括虚拟惯量j和虚拟阻尼d能够跟随振荡过程中角速度变化和角速度瞬时变化率自适应地做出改变。
33、作为本专利技术所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略的一种优选方案，其中：所述自适应调整有功控制环内的参数包括根据加减速状态采用合适的虚拟惯量j和虚拟阻尼d；
34、vsg加速阶段，增大虚拟惯量j以加强系统抗干扰能力，减速阶段则减小其值以加速转子角速率的减小，可得虚拟惯量j表达式：
35、
36、其中，k1为调节虚拟惯量。
37、作为本专利技术所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略的一种优选方案，其中：所述自适应调整有功控制环内的参数还包括vsg加速阶段，减小虚拟阻尼d以提高系统的响应速度，减速阶段则增大其值以减小超调量，可得虚拟惯量d表达式：
38、
39、其中，k2为虚拟阻尼的系数。
40、本专利技术的另外一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述建立VSG控制策略的小信号模型包括根据传统的同步发电机二阶模型，VSG转子方程为：
3.如权利要求2所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述对有功控制环节进行优化包括根据控制理论，增加有效的二阶系统的闭环零点，在保证原系统稳定的情况下改善动态性能，在有功环节加入PD控制，得修改后的闭环函数：
4.如权利要求3所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述根据不同阶段的特性定义VSG的运行状态包括将Δω和dω/dt的正负作为判断某阶段特性的标准，当Δω·dω/dt＞0时，将VSG视为处于加速阶段，当Δω·dω/dt＜0时，VSG视为处于减速阶段；
5.如权利要求4所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述自适应调整有功控制环内的参数包括虚拟惯量J和虚拟阻尼D能够跟随振荡过程中角速度变化和角速度瞬时变化率自适应地做出改变。
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述建立vsg控制策略的小信号模型包括根据传统的同步发电机二阶模型，vsg转子方程为：
3.如权利要求2所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述对有功控制环节进行优化包括根据控制理论，增加有效的二阶系统的闭环零点，在保证原系统稳定的情况下改善动态性能，在有功环节加入pd控制，得修改后的闭环函数：
4.如权利要求3所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述根据不同阶段的特性定义vsg的运行状态包括将δω和dω/dt的正负作为判断某阶段特性的标准，当δω·dω/dt＞0时，将vsg视为处于加速阶段，当δω·dω/dt＜0时，vsg视为处于减速阶段；
5.如权利要求4所述的一种基于改进虚拟同步控制的逆变器并网策略，其特征在于：所述自适应调整有功控制环内的参数包括虚拟惯量j和虚拟阻尼d能够跟随振荡过程中角速度变化和角速度瞬时变化率自...
【专利技术属性】
技术研发人员：卓浩泽，周柯，金庆忍，罗安，荣飞，彭也伦，莫枝阅，吴丽芳，俞小勇，帅智康，陈燕东，伍文华，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。