[发明专利]一种储能变流器的虚拟同步发电机控制方法及控制装置

说明书

本发明公开的一种储能变流器的虚拟同步发电机控制方法及控制装置，实现了阻尼功率只在频率波动的动态过程中起作用，稳态后阻尼功率一定为零，不会因为阻尼系数的改变而影响稳态有功功率的偏差，保证了抑制功率振荡的同时实现有功功率按设定的下垂比例跟踪指令值；另外，在实现了储能变流器能够提供惯性支撑以及并离网无缝切换的同时，具备电压电流环快速控制的能力，通过电流环对输出电流进行快速控制，有利于减小电流畸变，提高了储能变流器在并网和孤岛模式运行时的电能质量。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体为一种储能变流器的虚拟同步发电机控制方法及控制装置。

背景技术

随着光伏发电和风力发电等可再生能源的普及，基于电力电子器件的分布式电源在电力系统中的渗透率逐渐增大。以新能源为主体的分布式发电单元的增多降低了电力系统的惯性，引起频率和功率的波动。而目前的并网变流器以电流源模式为主，不具备调节电力系统频率和电压的功能。因此将储能装置添加到微电网中，可以很大程度降低分布式发电引起的电网频率和电压波动。而储能系统最关键的就是储能变流器。目前的储能变流器在并网模式下，采用恒功率的解耦控制策略，即PQ控制，在离网模式下，采用恒压恒频的控制策略，即VF控制。但当储能变流器需要在并离网两种模式下相互切换时，两种控制方式不能实现平稳过渡，会造成电压和频率的调节不连续，甚至会引起冲击，严重影响电网的稳定运行。

近年来学者提出了一种虚拟同步发电机(VSG)的控制策略，通过模拟同步发电机的机械特性和电磁特性，使分布式发电单元具备惯性和阻尼特性，并向电网提供调频调压作用，抑制输出频率和有功功率的振荡。然而这种传统的VSG控制属于电压源控制，有功下垂和虚拟转子运动方程产生的相位θ与无功下垂产生的E直接生成调制波电压，电流量不是被控量，在并网运行时，电能质量较差。尤其当储能变流器并联孤岛运行时，变流器之间需要按照容量自动均分功率。通常根据容量设置虚拟调速器模块中的下垂系数实现功率均分。

但目前的虚拟同步发电机技术采用的模拟阻尼绕组的方式，均采用恒定的阻尼系数。当虚拟同步发电机的稳态输出频率和额定输出频率不相等时，现有的控制策略下阻尼功率不为零，且在整理控制方程后阻尼系数和下垂系数位于同一个位置，因此两个系数会互相影响，等效下垂系数发生改变，原有的功率分配效果也会变差。储能变流器不能按照容量进行功率均分，会造成容量得不到充分利用或者过容量运行。如果减小阻尼系数来降低对下垂系数的影响，又会因为阻尼过小导致输出有功功率的振荡。因此储能变流器现有的PQ/VF控制方式需要进行模式切换，虚拟同步发电机控制方式又不能实现电流的直接控制，并且在孤岛并联模式下的功率均分性能较差。

发明内容

本发明的目的是针对储能变流器现有PQ/VF控制方法，在离并网运行时存在需要进行模式切换的问题，而现有的虚拟同步发电机控制方法无法对电流进行控制，而且在孤岛并联运行时功率均分性能较差的现状，提出一种储能变流器的虚拟同步发电机控制方法及控制装置。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种储能变流器的虚拟同步发电机控制方法，包括以下步骤：

S1、将虚拟同步发电机的实际输出频率ω反馈到虚拟调速器模块，经过下垂控制输出虚拟转子的实际输出有功功率指令值P_m；

其中，实际输出频率ω为步骤S2的反馈值，初始时刻，实际输出频率ω为0，运行中，实际输出频率ω为步骤S2的虚拟转子的实际反馈值；

S2、将步骤S1得到的实际输出有功功率指令值P_m反馈到虚拟转子模块，虚拟转子模块输出虚拟同步发电机的实际输出频率ω，将实际输出频率ω积分后得到电压相位θ；

S3、将虚拟同步发电机的实际输出无功功率Q反馈到虚拟励磁控制器模块，经过下垂控制输出虚拟内电势的d轴分量E；