[发明专利]一种基于VSG的PMSG并网主动支撑控制结构

说明书

本发明公开了一种基于VSG(虚拟同步发电机)的PMSG(直驱式永磁同步发电机)对电网频率与电压进行主动支撑的控制结构，包括风电机组和背靠背四象限变流器，背靠背四象限变流器包括机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器用以维持直流侧电容器电压；网侧变流器根据MPPT的算法来控制风机转速的正常运行与功率的平衡，采用VSG的控制策略，用以对电网频率与电压进行主动支撑，支撑时通过释放直流侧电容器能量和转子动能达到动态支撑。该控制结构摆脱了风电机组必须通过PLL锁相才能并网的弊端，将风电机组等效为了一个电压源型的VSG，因此针对电网电压和频率的波动，可以起到更好的支撑作用。

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体涉及一种基于VSG的PMSG并网主动支撑控制结构。

背景技术

风能作为一种洁净的可再生能源，符合环境保护计划的要求，风力发电技术产业在世界范围内得到飞速发展。但是由于风能具有随机性和间歇性，随着电网中风力发电装机容量所占的比例逐步提高，大规模风电场对系统的稳定性造成的影响也逐渐加大。同时，由于系统负荷变化导致的频率变化也会变得更加剧烈，容易使电网失去稳定性。

现有的风电参与系统调频调压过程中的控制策略主要有以下三种：

1.转子动能控制

其具体实现方法主要有虚拟惯性控制、下垂控制以及综合惯性控制。

2.功率备用控制

功率备用控制通过控制风电机组使其减载运行，从而预留一定的功率备用并以此来支持系统调频，此时风电机组工作在次优功率跟踪点上。其方法有两大类：桨距角控制和转子转速控制。

3.附加储能控制

储能系统具有快速吐纳能量的能力，不仅可以有效抑制风电的随机波动，而且能够辅助风电参与系统调频。储能系统参与风电调频的原理是在系统频率降低的时候，储能系统快速释放能量支撑系统频率；在系统频率上升时，吸收能量抑制系统频率的上升。

我们可以看到，无论是哪种支撑方式，传统的控制策略必须通过PLL锁相环来实现风电机组的并网操作，当系统电压波动时也使得控制系统更加的不稳定。

发明内容

为解决上述问题，提出了一种基于VSG(虚拟同步发电机)的PMSG(直驱式永磁同步发电机)对电网频率与电压进行主动支撑的控制结构，引入虚拟调速器和虚拟励磁器等概念，赋予逆变电源的频率与电压惯性保持特性，使其具有类似同步发电机的动态特性，对电网频率与电压进行主动支撑的控制，该控制结构摆脱了必须通过PLL锁相环来实现风电机组并网这一弊端，将风电机组等效为了一个电压源型的VSG。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种基于VSG的PMSG对电网频率与电压进行主动支撑的控制结构，包括风电机组和背靠背四象限变流器，背靠背四象限变流器包括机侧变流器和网侧变流器，

机侧变流器用以维持直流侧电容器电压；

网侧变流器根据MPPT的算法来控制风机转速的正常运行与功率的平衡，采用VSG的控制策略，用以对电网频率与电压进行主动支撑，支撑时通过释放直流侧电容器能量和转子动能达到动态支撑。该控制结构摆脱了风电机组必须通过PLL锁相才能并网的弊端，将风电机组等效为了一个电压源型的VSG，因此针对电网电压和频率的波动，可以起到更好的支撑作用。

所述机侧变流器采用直流母线电压外环、电流内环的控制策略，控制系统外环为直流母线电压环，直流母线电压的给定值和实际值的偏差经过PI控制器输出为交轴电流(有功电流)的给定电流，通过电流内环控制，将机械功率转化为电磁功率并传送至直流母线。

所述网侧变流器采用虚拟同步发电机控制策略，其工作模式如下：

(1)输出无功功率和电压调整