[发明专利]一种虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明公布了一种虚拟同步发电机控制方法，给出了一种改进的虚拟同步发电机控制技术，主要包括加入二阶电压惯性和虚拟阻抗的改进虚拟同步控制策略和电压电流双闭环控制。改进的虚拟同步控制策略在传统虚拟同步控制的基础上引入二阶电压惯性环节和虚拟阻抗环节，提升了分布式发电单元的电压刚性和稳定性；该二阶电压惯性环节减小了电压的变化率，并滤除了电压的高次谐波；加入虚拟阻抗环节减小了分布式发电单元的功率耦合程度；通过电压电流双闭环控制实现电源输出电压精确快速反应指令信号。本发明最终实现交流微电网中分布式发电单元的稳定并联运行和稳定的调节交流微电网的有功功率。

技术领域

本发明涉及微电网领域、电机领域和电力电子控制领域，涉及一种改进的虚拟同步发电机控制技术，具体为一种虚拟同步发电机控制方法。

背景技术

因为环境问题的迫切需要，近年来新能源和储能发电越来越受到研究人员的关注。为了提高发电系统的利用率和稳定性，基于新能源和储能的分布式发电单元是一种可行选择，而由多个分布式发电单元组成的微电网则能够提高系统容量以及能更好的进行能量管理。

传统的虚拟同步发电机控制策略是模拟同步发电机的暂态和稳态的下垂特性，通过计算出来的有功和无功功率来调节电压的频率和幅值。由于它的功率自调节能力强，比传统的下垂控制策略具有更强的频率惯性，近年来在微网上得到了广泛的应用。

然而，虚拟同步发电机控制策略的高性能依赖于分布式发电机单元的线路阻抗，其电压缺乏足够的惯性，容易受到功率波动的影响。如果交流微电网中存在较大的功率波动，则分布式发电单元的电压会发生较大波动。如果线路阻抗的特性呈阻感性，由于功率耦合，功率的调节能力将下降。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种虚拟同步发电机控制方法，提出一种加入二阶电压惯性和虚拟阻抗的改进虚拟同步发电机控制技术，克服了传统虚拟同步发电机控制的不足，减小了功率波动对电压的影响，使分布式发电单元具有较大的电压惯性和频率惯性，实现了分布式发电单元的稳定并联运行。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种虚拟同步发电机控制方法，包括如下步骤：

S1、有功下垂调节步骤，所述有功下垂调节步骤模拟同步发电机静态和动态有功下垂调节特性，根据有功功率实时改变输出角频率；根据功率大小实时改变输出转矩，为频率惯性环节提供转矩信号；

S2、无功下垂调节步骤，所述无功下垂调节步骤模拟模拟了同步发电机的励磁调节环节，根据无功功率大小实时改变输出电压大小；

S3、引入虚拟阻抗，加入电磁方程，模拟分布式发电单元的输出阻抗，通过修改虚拟阻抗参数，改变分布式发电单元中的输出阻抗特性，减小分布式发电单元的功率耦合；

S4、二阶电压惯性步骤，所述二阶电压惯性步骤采用二阶低通滤波器，增强高频幅值衰减，以及滤除高次谐波效果，减小功率波动对电压的影响，输出具有惯性的电压信号；

S5、电压电流双闭环，所述电压电流双闭环步骤具体为电压电流双闭环控制；其中，电压电流双闭环控制中外环为电压环PI控制，内环为电流环PI控制，控制信号通过SVPWM调制输出脉冲信号。

进一步的，所述有功下垂调节步骤中，根据有功功率实时改变输出的角频率，并通过相位角传递到电压电流双闭环步骤中。

进一步的，所述有功下垂调节步骤包括一有功下垂调节方程：

P_m＝-ΔωK_ω+P_r＝(ω_r-ω)K_ω+P_r

式中P_r、P_m、K_ω和ω_r分别为给定有功功率、分布式发电单元输出有功功率、有功下垂系数和给定角频率。