[发明专利]一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统，所述方法：包括采用基于降阶谐振器与三阶广义积分器级联的同步阻抗方法模拟同步发电机的同步阻抗以提高系统的稳定性，抑制负荷扰动形成的电流偏差和实现功率的均分，利用准比例谐振控制器抑制输出电压的不平衡与谐波分量；将基于降阶谐振器锁相环与准同步并列算法结合，避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐波对检测精度的影响，通过准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压，从而来实现离/并网的柔性切换，提高系统供电可靠性并改善电能质量。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统，尤其涉及一种基于虚拟同步发电机技术的微网控制及离/并网切换控制方法及系统，属于分布式发电微网技术领域。

背景技术

大力发展以风力、光伏为主的可再生新能源，改善电网运行经济性、优化电力系统运行方式以及构建环境友好型电力系统等方面均具有重要意义。作为新能源与大电网的接口，常规并网逆变器具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足，尤其是采用电流控制型的并网变流器，与同步发电机在外特性上具有显著差别，难以在独立运行时，为微电网提供频率和电压的支撑。随着分布式电源渗透率的不断增加，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少，这对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。再者，并网逆变器控制策略各异，加之分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难实现其即插即用与自主协调运行。

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)是近年来提出的一种适合新能源广泛接入的并网控制策略，通过控制环节可使并网逆变器模拟同步发电机的惯性、一次调频特性和一次调压特性。与传统逆变器相比，同步发电机的一个重要特点是具有较大的感性输出阻抗，能够有效抑制负荷扰动引起的电流变化量，并有利于多台同步发电机并联运行时功率的均分。但是同步电抗压降的计算涉及到电流微分量，很容易将电流中的不平衡分量、直流分量和谐波分量放大并引入到定子端电压中，经调制后会进一步加剧滤波电感电流的谐波含量，甚至使系统失稳，同时也限制了同步电抗的选取范围。因此，模拟同步发电机的同步阻抗及优化输出阻抗是的VSG关键技术之一。

微电网与大电网并网运行时，其内部的电压和频率的稳定主要由大电网支撑，当检测到微电网内部或者大电网出现故障时微电网转到孤岛运行，微电网的电压与频率的稳定变为微电网内部的分布式电源支撑。常规并网逆变器通常在并网运行时用P/Q控制，而孤岛运行时用V/F控制，但该方法难以实现不同运行模式间的平滑切换。因此，有人提出基于下垂特性及虚拟同步发电机的控制器，并考虑在非理想条件下并网预同步过程，但缺少具体的控制实现以及并网过程的冲击电流抑制。对于基于锁相环的预同步方法，实现了预同步的功能，但当电网电压不对称和畸变时，频率会波动，传统锁相环无法精确地检测电压同步信号。上述均没有考虑到带载后离/并网对VSG频率和电压的影响。根据微电网的不同运行模式对微电网的控制要求,可知传统逆变器的控制方式难以满足微电网灵活、稳定运行的要求。如何对微网中逆变器进行有效的控制,实现微电网不同运行模式的稳定运行以及柔性切换,是微电网能否可靠运行的关键。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统，采用基于降阶谐振器(ROR)与三阶广义积分器(TOGI)级联的同步阻抗实现方法抑制输出电流中的不平衡分量、直流分量和谐波分量，改善输出电压波形，减小其畸变率；以及采用一种基于降阶谐振锁相环的准同期并列算法，避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐波对检测精度的影响，同时兼顾了其动态响应速度，使输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压，并考虑了并列合闸动作时间延时，达到减小对并网逆变器的伤害及并网冲击电流目的，从而实现离/并网的柔性切换。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法，所述方法包括：