[发明专利]一种基于虚拟同步发电机控制的频率电压无差调节方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机控制的频率电压无差调节方法，包括如下步骤：通过有功控制环模拟同步发电机的功频控制器，获得虚拟同步发电机的输出功率、角速度和相角；通过无功控制环模拟同步发电机的励磁调节器，获得虚拟同步发电机的输出电压幅值；采集网侧电压以及电流，计算出每一时刻的有功功率和无功功率，作为有功和无功控制环的额定参考值；将有功环和无功环输出的相角和电压幅值进行组合，得到PWM的调制波信号。本发明将有功功率和无功功率值作为传统虚拟同步发电机的额定有功功率和无功功率参考值，并简化为对频率和电压的控制，实现频率电压的无差调节。本发明使虚拟同步发电机自动跟踪负荷波动并改变自身的输出功率。

技术领域

本发明涉及微电网中分布式电源的逆变器的频率电压控制，具体涉及一种基于虚拟同步发电机控制策略的频率电压无差调节方法。

背景技术

为了解决能源危机和环境问题，可再生能源和储能系统等得到越来越广泛的应用。近年来光伏、风电等分布式电站建设规模逐年扩大，装机容量迅速增长。预计到2020年，我国可再生能源发电在电网中的份额将达到15％，到2050年将超过30％。据此，电力系统正在从集中式发电向分布式发电转变。

然而，由于与电网电压频率、幅值存在差异，大部分分布式电站需要通过电力电子变换器接入电网。当新能源装机容量较低时，传统发电机可以为系统稳定性提供支撑。但是，随着越来越多的新能源接入电网，传统发电机不足以继续维持电力系统的稳定运行。传统的逆变器控制策略有PQ控制，VF控制，下垂控制。PQ控制又称恒功率控制，一般用于并网运行的情况下，无法实现离网运行；VF控制又称恒压频控制，一般用于微网的孤岛运行，能为微网提供电压和频率的支撑，但不适用于并网运行；下垂控制模拟了同步发电机的功频下垂控制和励磁电压下垂控制，但不具有阻尼和惯性。为此，有学者提出在逆变器中引入同步发电机的“同步”机制，称为虚拟同步发电机控制策略(VSG，Virtual SynchronousGenerator)。该方案模拟同步发电机的转子机械方程，使逆变器具备了虚拟惯性的能力。

在目前的研究中，专利文献CN104953617A公开了一种虚拟同步发电机带负载并网的控制方法和系统，通过采集虚拟同步发电机输出电压及电网侧的电压，计算出每一时刻的虚拟电压差，进一步计算虚拟同步发电机一侧的虚拟电流，根据虚拟电流对虚拟同步发电机的磁通量、虚拟偏转角和实际输出的角速度进行调节，从而调节虚拟同步发电机的输出电压，使虚拟同步发电机的输出电压与电网电压同步。该方法只能实现频率和电压的有差调节，并不能保证电能质量。专利文献CN106684921A公开了一种基于虚拟同步发电机的逆变器二次调频控制电路，该电路包括功频控制和励磁控制器，励磁控制器生成的电压指令幅值信息和功频控制器生成电压指令相位信息合成即可得到电压环的输入指令信号。虽然该方法能实现频率的无差调节，但控制过程相对复杂，同时，电压也无法实现无差调节。专利文献CN105811438A公开了一种基于虚拟同步机的无频差控制方法以及装置，根据输出电压和输出电流计算得到虚拟同步机的平均有功功率和平均无功功率；根据预设的有功功率参考值、空载时角频率参考值以及平均有功功率计算得到虚拟同步机的相角，根据预设的空载时输出电压幅值参考值以及平均无功功率计算得到虚拟同步机的输出电压幅值，根据相角和控制信号实现基于虚拟同步机的无频差控制。但该方法计算过程复杂，且只考虑了频率的无差控制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于虚拟同步发电机控制的频率电压无差调节方法。本发明通过有功控制环模拟同步发电机的功频控制器，获得虚拟同步发电机的输出功率、角速度和相角。通过无功控制环模拟同步发电机的励磁调节器，获得虚拟同步发电机的输出电压幅值。采集网侧电压以及电流，计算出每一时刻的有功功率和无功功率，将计算得出的有功功率和无功功率分别作为有功控制环和无功控制环的额定参考值。将有功环和无功环输出的相角和电压幅值进行组合，经过电压电流双闭环控制，得到PWM的调制波信号。

本发明是根据以下技术方案实现的：