[发明专利]虚拟同步发电机的离并网平滑切换方法

说明书

本发明提供了一种虚拟同步发电机的离并网平滑切换方法，其特征在于，所述平滑切换方法，具备并/离网和离/并网平滑切换。其离/并网切换，无需修改虚拟同步发电机的控制策略，只需要在离并网切换过程中，加入切换策略，仅需将虚拟同步发电机的参考电压由电网电压，变成指令参考电压并令预同步控制的修正角速度直接为0，即可实现并/离网的平滑切换。更加方便虚拟同步发电机技术在新能源发电领域的推广，可实现分布式能源友好接入，进而提高电力系统的稳定性，此外方便了传统同步发电机相关的控制策略与理论分析方法引入到VSG的运用，有望在未来主动配电网和微电网中发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种虚拟同步发电机的离并网平滑切换方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能等清洁能源受到了越来越多的关注。在大力发展分布式能源的同时，分布式能源在并网时的问题也引起了专家学者的关注。一般地分布式能源的利用主要是通过逆变器接入电网，相比于传统的同步发电机，并网逆变器相应速度快，缺少转动惯量和阻尼作用，不便于的电网调节。再者，并网逆变器的控制方式各不相同，加之分布式能源输出功率不稳定性的影响，难以实现多台并网逆变器的协调工作。

在此背景下，国内外学者提出了，通过改进并网逆变器的控制方式，使得逆变器具有同步发电机特性。基于该思想，有学者提出，使用同步发电机的机械方程和电磁方程来设计并网逆变器的控制，使得并网逆变器在原理上和外特性上与同步发电机类似，该类控制策略称为虚拟同步发电机(VSG)技术。基于虚拟同步发电机控制策略的并网逆变器特别适用于储能装置与电网之间的连接，但同样也存在离并网给电网带来的冲击问题。

有鉴于此，有必要提供一种虚拟同步发电机的离并网平滑切换方法，以解决上述问题。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明的目的在于提供一种虚拟同步发电机的离并网平滑切换方法，更加方便虚拟同步发电机技术在新能源发电领域的推广，可实现分布式能源友好接入，进而提高电力系统的稳定性，此外方便了传统同步发电机相关的控制策略与理论分析方法引入到VSG的运用，有望在未来主动配电网和微电网中发挥重要作用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种虚拟同步发电机的离并网平滑切换方法，其特征在于，所述平滑切换方法，具备并/离网和离/并网平滑切换。

进一步地，所述离/并网平滑切换，通过恒幅值park变换，将电网电压U_g和虚拟同步发电机的输出电压U_p转换到dq坐标系下。变换方式如下：

进一步地，所述离/并网平滑切换，令dq坐标系的d轴定位在电网电压U_g的反方向上，通过控制U_p的q轴分量U_{p_q}为0且d轴分量为设定值-U_set来实现U_p对U_g的同步追踪。

进一步地，所述离/并网平滑切换，将U_p的q轴分量U_{p_q}与期望值0的偏差作为PID控制器的输入，PID控制器的输出为调整角速度Δω，将调整角速度Δω反馈回VSG机械等效部分的频率控制环节，从而使得虚拟同步发电机的输出电压逐渐与电网电压，角速度和相位一致并锁定。

进一步地，所述离/并网平滑切换，由于并网情况下的电压由电网电压决定，且设置系统下垂系数时必须满足，离网运行时满功率切换，电压变化范围不超过10％，U_p对U_g偏差比较小，所以U_p的d轴分量U_{p_d}不反馈到调压环节去调整电压大小。