[发明专利]基于VSG控制装置及方法、多VSG预同步并网方法

说明书

本发明公开一种基于虚拟同步发电机VSG控制装置，所述控制装置包括：主电路、PR控制电路、电磁方程电路、无功和电压调节电路、预同步电路、有功和频率调节电路；所述有功和频率调节电路包括：第一比较器、第一放大器、惯性调节电路、PI调节电路、第一开关、第二开关、第二加法器、第三比较器、第三积分器。本发明将有功和频率调节电路设置成PI调节电路和惯性调节电路，实现不同状态下选择不同的调节电路，再不增加控制算法复杂度的情况下，无需锁相环便实现不同模式之间平滑切换；当电网频率发生波动时，仍能实现并网运行VSG的恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调。

技术领域

本发明涉及分布式发电微网控制领域，特别是涉及一种基于VSG控制装置及方法、一种多VSG预同步并网方法。

背景技术

基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)技术的逆变器控制策略在实现一次调频和一次调压功能的同时，能够模拟同步发电机的外特性，有效解决系统欠阻尼、低惯性的问题。

VSG既能并网运行，又能组网运行，当并网运行时，VSG需按照功率指令输出有功和无功功率，而输出有功功率的动态和稳态特性由虚拟惯量和阻尼放大的倍数的大小决定,无法兼顾动态和稳态性能，如果并网和组网采用相同的阻尼分量，系统的动态特性将会变差。

为此，一些学者提出了改进的控制策略，主要包括：基于微分补偿环节虚拟惯性的的方法，该方法在确保功率稳态控制性能的同时，加快了VSG的功率响应速度，增大了系统阻尼，改善了动态性能；自适应虚拟转子惯量的VSG控制算法，通过动态改变虚拟惯量与阻尼参数，在抑制相同频率扰动的情况下有效降低储能单元的能量流动。虽然以上两种改进后的控制策略可以提高VSG控制性能，但在电网频率发生波动时仍无法实现并网工况的恒功率控制。

还有学者通过增加PI调节器进行频率的闭环控制，进而可以实现并网稳态下VSG恒功率控制，但该方法增加了有功环的阶次，严重影响VSG原有的优越惯性和阻尼性能。还有学者将实时测量的电网频率作为VSG的频率参考，也可以实现并网稳态下VSG恒功率控制。但是，用于测量频率的锁相环存在非线性、响应慢、参数设计难等问题，这对VSG恒功率控制的动态性能和稳定性有很大影响。

综上，现有技术难以在电网频率发生波动时实现并网运行VSG的恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于VSG控制装置及方法、一种多VSG预同步并网方法，通过将有功和频率调节电路设置成PI调节电路和惯性调节电路，实现不同状态下选择不同的调节电路，实现不同的模式切换，当电网频率发生波动时，仍能实现并网运行VSG的恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调。

为实现上述目的，本发明提供一种基于虚拟同步发电机VSG控制装置，所述控制装置包括：主电路、PR控制电路、电磁方程电路、无功和电压调节电路、预同步电路、有功和频率调节电路；

所述主电路分别与所述电磁方程、所述无功和电压调节电路、所述预同步电路、所述PR控制电路相连；所述电磁方程电路分别与所述无功和电压调节电路、所述有功和频率调节电路、所述PR控制电路相连；所述预同步单元与所述有功和频率调节电路相连；

所述有功和频率调节电路包括：第一比较器、第一放大器、惯性调节电路、PI调节电路、第一开关、第二开关、第二加法器、第三比较器、第三积分器；

所述第一比较器的负极端与所述电磁方程电路相连，用于接收所述电磁方程电路发送的VSG瞬时有功功率，所述第一比较器的正极端输入VSG有功功率给定值，所述瞬时有功功率和所述有功功率给定值经过所述第一比较器获得第一有功功率误差；所述第一放大器的输入端与所述第一比较器的输出端相连，用于放大所述第一有功功率误差，获得第一放大有功功率；

所述惯性调节电路的输入端与所述第一放大器的输出端相连，用于根据第一放大有功功率获得第一角频率；