CN106786780A - 一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统 - Google Patents

一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统,所述方法:包括采用基于降阶谐振器与三阶广义积分器级联的同步阻抗方法模拟同步发电机的同步阻抗以提高系统的稳定性,抑制负荷扰动形成的电流偏差和实现功率的均分,利用准比例谐振控制器抑制输出电压的不平衡与谐波分量;将基于降阶谐振器锁相环与准同步并列算法结合,避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐波对检测精度的影响,通过准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压,从而来实现离/并网的柔性切换,提高系统供电可靠性并改善电能质量。

Description

一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统,尤其涉及一种基于 虚拟同步发电机技术的微网控制及离/并网切换控制方法及系统,属于分布式发电微网技 术领域。
背景技术
[0002] 大力发展以风力、光伏为主的可再生新能源,改善电网运行经济性、优化电力系统 运行方式以及构建环境友好型电力系统等方面均具有重要意义。作为新能源与大电网的接 口,常规并网逆变器具有控制灵活、响应迅速等优点,但也存在缺少惯性和阻尼等不足,尤 其是采用电流控制型的并网变流器,与同步发电机在外特性上具有显著差别,难以在独立 运行时,为微电网提供频率和电压的支撑。随着分布式电源渗透率的不断增加,电力系统中 的旋转备用容量及转动惯量相对减少,这对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。再者,并 网逆变器控制策略各异,加之分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点,很难实现 其即插即用与自主协调运行。
[0003] 虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)是近年来提出的一种适 合新能源广泛接入的并网控制策略,通过控制环节可使并网逆变器模拟同步发电机的惯 性、一次调频特性和一次调压特性。与传统逆变器相比,同步发电机的一个重要特点是具有 较大的感性输出阻抗,能够有效抑制负荷扰动引起的电流变化量,并有利于多台同步发电 机并联运行时功率的均分。但是同步电抗压降的计算涉及到电流微分量,很容易将电流中 的不平衡分量、直流分量和谐波分量放大并引入到定子端电压中,经调制后会进一步加剧 滤波电感电流的谐波含量,甚至使系统失稳,同时也限制了同步电抗的选取范围。因此,模 拟同步发电机的同步阻抗及优化输出阻抗是的VSG关键技术之一。
[0004] 微电网与大电网并网运行时,其内部的电压和频率的稳定主要由大电网支撑,当 检测到微电网内部或者大电网出现故障时微电网转到孤岛运行,微电网的电压与频率的稳 定变为微电网内部的分布式电源支撑。常规并网逆变器通常在并网运行时用P/Q控制,而孤 岛运行时用V/F控制,但该方法难以实现不同运行模式间的平滑切换。因此,有人提出基于 下垂特性及虚拟同步发电机的控制器,并考虑在非理想条件下并网预同步过程,但缺少具 体的控制实现以及并网过程的冲击电流抑制。对于基于锁相环的预同步方法,实现了预同 步的功能,但当电网电压不对称和畸变时,频率会波动,传统锁相环无法精确地检测电压同 步信号。上述均没有考虑到带载后离/并网对VSG频率和电压的影响。根据微电网的不同运 行模式对微电网的控制要求,可知传统逆变器的控制方式难以满足微电网灵活、稳定运行 的要求。如何对微网中逆变器进行有效的控制,实现微电网不同运行模式的稳定运行以及 柔性切换,是微电网能否可靠运行的关键。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制 方法及系统,采用基于降阶谐振器(ROR)与三阶广义积分器(TOGI)级联的同步阻抗实现方 法抑制输出电流中的不平衡分量、直流分量和谐波分量,改善输出电压波形,减小其畸变 率;以及采用一种基于降阶谐振锁相环的准同期并列算法,避免了电网电压及逆变器输出 电压不对称和谐波对检测精度的影响,同时兼顾了其动态响应速度,使输出电压的频率、幅 值和相位快速无静差地跟踪上电网电压,并考虑了并列合闸动作时间延时,达到减小对并 网逆变器的伤害及并网冲击电流目的,从而实现离/并网的柔性切换。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[0007] —方面,本发明提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,所述方法包括:
[0008] S1、采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和电流瞬时值,计 算得到有功功率和无功功率;
[0009] S2、采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到输出电压的参考 信号;
[0010] S3、所述输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的压降信号进行比较计算得到 参考输入信号,所述电压信号是由所述同步阻抗模块根据逆变器输出电流计算得到;
[0011] S4、准比例谐振控制器根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计 算得到输出电压信号,并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号;
[0012] S5、所述PWM调制器根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号,并 将其输出给逆变器。
[0013] 进一步,所述S3中所述同步阻抗模块具体为基于三阶广义积分器的同步阻抗模 块。
[0014] 进一步,所述S3中所述同步阻抗模块具体为基于降阶谐振器和三阶广义积分器级 联的同步阻抗模块。
[0015] 进一步,所述准比例谐振控制器通过设置谐振频率点的来确定虚拟同步发电机的 并网控制系统稳定运行时频率波动的带宽。
[0016] 进一步,所述方法还包括:
[0017] 采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测和控制以及 对频差进彳丁检测和控制。
[0018] 进一步,所述降阶谐振器锁相环具体包括Clack变换矩阵、正负序降阶谐振调节器 以及PLL锁相环。
[0019] 进一步,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测具体 包括:
[0020] 将通过降阶谐振器锁相环测得的电网电压和逆变器输出的电压进行比较,并判断 电压差值的绝对值是否小于电压允许误差,若不满足,通过预同步调节器增加或者减小无 功功率变化值来调压直到电压差值小于电压允许误差;
[0021] 采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对频差进行检测具体包括:
[0022] 将通过降阶谐振器锁相环测得的电网频率和逆变器输出的频率进行比较,并判断 频率差值的绝对值是否小于频率允许误差,若不满足,通过预同步调节器增加或者减小有 功功率变化值来调压直到频率差值小于频率允许误差。
[0023] 进一步,所述方法还包括:
[0024] 在逆变器并网时,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对并列合闸 进行控制。
[0025] 进一步,所述方法还包括:
[0026] 所述在逆变器并网时,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对并列 合闸进行控制具体包括:
[0027] 在逆变器并网时,若逆变器输出电压相位滞后于电网电压相位,则预同步调节器 输出为一个正值,导致预同步调节器的输出升高,该两电压之间的相位差减小,直到相位差 为零;
[0028] 在所述相位差为零之前提前一个预设导向角发出合闸命令,将逆变器并入电网系 统。
[0029] 另一方面,本发明提供了一种基于虚拟同步发电机的并网控制系统,所述系统包 括:
[0030] 三相全桥逆变器、滤波器、瞬时功率计算模块、VSG控制模块、虚拟阻抗模块、比较 器、准比例谐振控制器以及PWM调制器;
[0031] 所述瞬时功率计算模块的输出端与所述VSG控制模块的输入端电连接,所述VSG控 制模块的输出端以及所述虚拟阻抗模块的输出端均与所述比较器的输入端电连接,所述比 较器的输出端与所述准比例谐振控制器的输入端电连接,所述准比例谐振控制器的输出端 与所述PWM调制器的输入端电连接,所述PWM调制器的输出信号与所述三相全桥逆变器电连 接,所述逆变器与所述滤波器电连接;
[0032] 所述瞬时功率计算模块,用于采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变输出的 电压和电流瞬时值,计算得到有功功率和无功功率;
[0033] 所述VSG控制模块,用于采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得 到逆变器输出电压的参考信号;
[0034] 所述同步阻抗模块,用于根据逆变器输出电流计算得到压降信号;
[0035] 所述比较器,用于将所述逆变器输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的压降 信号进行比较计算得到参考输入信号;
[0036] 所述准比例谐振控制器,用于根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感 电流计算得到输出电压信号,并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号;
[0037] 所述PffM调制器,用于根据所述PffM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号, 并将其输出给逆变器。
[0038] 本发明的有益效果:本发明提供的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系 统,采用基于降阶谐振器(R0R)与三阶广义积分器(T0GI)级联的同步阻抗方法提高系统的 稳定性,抑制负荷扰动形成的电流偏差和实现功率的均分,利用准比例谐振控制器抑制输 出电压的不平衡与谐波分量;将基于降阶谐振器锁相环(R0R-PLL)的准同步并列算法与虚 拟同步机控制算法结合,避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐波对检测精度的影 响,通过准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相位快速无静差地跟 踪上电网电压,从而来实现离/并网的柔性切换,提高系统供电可靠性并改善电能质量。
附图说明
[0039] 图1为本发明的流程图;
[0040] 图2为本发明的并网逆变器控制框图;
[0041] 图3为本发明的虚拟同步发电机算法控制框图;
[0042]图4为本发明的基于R0R-T0GI级联的同步阻抗控制框图;
[0043]图5为本发明的基于R0R的锁相环控制框图;
[0044]图6为本发明的基于R0R-PLL的准同期并列算法控制框图。
具体实施方式
[0045]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并 非用于限定本发明的范围。
[0046] 实施例1、一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法。下面结合图1至图6对本实施 例提供的方法进行详细说明。
[0047] 参见图1至图6,S1、采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和 电流瞬时值,计算得到有功功率和无功功率。
[0048] S2、采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到逆变器输出电压 的参考信号。
[0049] 具体的,如图3所示,虚拟同步机控制算法借鉴了同步发电机的二阶经典方程及调 速器和励磁控制器,因此设计了VSG控制算法,其数学方程如公式(1)至公式(3)所示:
Figure CN106786780AD00071
[0050]
[0051]
[0052] u, KOJ
[0053] 其中,Tset、Te为给定转矩和电磁转矩;Pset、Qset为有功和无功功率给定;DP、Dq为有 功-频率和无功-电压下垂系数;0为电角度;A «为电角速度差,A « = «n-« ; «n、《为额 定电角速度和实际电角速度;Au为输出电压差,Au = un-uc>;un、u。为额定电压有效值和输 出电压有效值;J为转动惯量;K为惯性系数;其中,同步逆变器输出的瞬时电磁功率Pe和Qe可 以由公式⑷得到:
[0054
Figure CN106786780AD00072
[0055] 其中,11<1、;[(1、11£!、1£!分别为逆变器输出的电压电流11。1<、:[。1<经过313(3-(^0变换得到的。
[0056] S3、所述逆变器输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的电压信号进行比较计 算得到参考输入信号,所述电压信号是由所述同步阻抗模块根据逆变器输出电流计算得 到。
[0057] 具体的,所述同步阻抗模块具体为基于三阶广义积分器的同步阻抗模块,更优化 的,所述同步阻抗模块具体为基于降阶谐振器(ROR)和三阶广义积分器(TOGI)级联的同步 阻抗模块。
[0058] 如图4所示,所述基于基于降阶谐振器和三阶广义积分器(R0R-T0GI)级联的同步 阻抗实现方法是基于三阶广义积分器的正交信号发生器(T0GI-0SG)能够抑制输入信号中 的直流分量对系统的影响,产生与系统输入基波分量同频同幅的两相正交信号得到的。
[0059] T0GI的闭环传递函数为公式⑶所示:
[0060]
Figure CN106786780AD00081
[0061] 其中,v(t)、cos*别为输入信号和输入频率值,输出信号有3个,分别*V1(t)、v2 (t)、V3⑴,k为闭环系统增益。
[0062] 假设T0GI的输入信号为含有直流分量Ao、幅值为A的交流信号,其表达式如公式 (6)所示:
[0063] v ⑴=Ao+Asin (« t) (6)
[0064] 由此可得,T0GI稳态输出分别为公式⑵所示:
[0065]
Figure CN106786780AD00082
[0066] 由此可见,V1 (t)不含直流分量且与输入信号的交流分量同频同幅;v2 (t)含直流分 量且与输入信号同幅,相位滞后90° ;V3⑴仅含直流分量。
[0067] 为了消除输入信号中的直流分量,产生正交的交流输出信号,可重构Vd(t) =V1 (t),Vq⑴=V3⑴-V2⑴,其中,k的取值决定了T0GI正交信号发生器的动态响应速度与谐 波抑制能力:k越大,其动态响应越快,对应的谐波抑制能力越弱;k越小,其动态响应越慢, 对应的谐波抑制能力越强。
[0068] 为避免不平衡分量的影响,同时兼顾较好的动态响应性能和谐波抑制能力,可以 在T0GI前级联降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)可将相同 频率的正、负序分量分离,R0R调节器的传递函数如公式(8)所示:
[0069]
Figure CN106786780AD00083
[0070] 由上式可知,R0R调节器具有频率和极性选择性,可以直接进行正、负序分离,完成 特定频率正负序分量的无静差跟踪,最终得到输入信号的正、负序和谐波分量。
[0071] 基于R0R-T0GI级联的虚拟阻抗,通过TOG I的d输出信号Vd是与输入信号的基波成 分同幅同频的信号,其q输出信号是与vd同幅,相位滞后其90度的信号,假设两项输出的表 达式为公式(9):
[0072] vd ⑴=Asin (« t)
[0073] vq (t) =-Acos (w t) (9)
[0074] 式中,A和《分别为输入信号的幅值和频率。
[0075] 考虑到Vd表达式,其虚拟电感值为:
[0076]
Figure CN106786780AD00091
(1〇)
[0077] 由式可得,其虚拟电感值可通过%乘以以及电感值Lv来实现,即:
[0078] Zv=- w LvVq (t) (11)
[0079] 同样的,如果需要的虚拟阻抗为电阻,也非常容易实现,通过T0GI的d输出信号Vd 乘以一个电阻值即可,表达式如下:
[0080] Zv=RvVd (t) (12)
[0081] 从而可以得出,复虚拟阻抗的计算公式如下式:
[0082] Zv=RvVd (t) - « LvVq (t) (13)
[0083] 上式中,Rv为虚拟电阻,Lv为虚拟电感;
[0084] S4、准比例谐振控制器根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计 算得到输出电压信号,并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号。
[0085] 具体的,所述准比例谐振控制器通过设置谐振频率点的来确定虚拟同步发电机的 并网控制系统稳定运行时频率波动的带宽。
[0086] 采用准比例谐振控制器来抑制同步逆变器输出电压的不平衡与谐波分量,准PR控 制器能在谐振频率点的高增益,即在电网频率偏移时也能有效抑制谐波。准比例谐振(PR) 控制器的传递函数如公式(14)所示: _
Figure CN106786780AD00092
(14)
[0088] 其中,KP为比例系数;Kr为谐振系数;co。为谐振频率;其中与谐振频率的带宽有 关,《。= ^ Af;Af为电网频率的允许波动范围。
[0089] S5、所述P丽调制器根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号,并 将其输出给逆变器。
[0090] 更优的,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测和控 制以及对频差进行检测和控制。所述降阶谐振器锁相环具体包括Clack变换矩阵、正负序降 阶谐振调节器以及PLL锁相环。
[0091] 如图5所示,基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法,借鉴同步发电机准同 期并列装置的工作原理,设计了同步逆变器的自动准同期装置,包括三个环节:压差检测与 控制、频差检测与控制、相角差检测与控制和并列合闸控制,其控制原理如公式(15)所示:
[0092]
Figure CN106786780AD00093
[0093] 上式中:AUsyn、A «syn、A 0syn分别为叠加在u。、《。和9。上的幅值、频率和相角同步 信号;kmp、kmi为比例和积分系数(m = u、〇、0)。
[0094]由于虚拟同步发电机技术具有同步发电机的下垂特性,因此其输出频率和电压的 幅值随着负载有功和无功的变化而变化。
[0095] 如图6所示,基于降阶谐振调节器的锁相环主要由Clack变换矩阵、正负序R0R调节 器和PLL锁相环三部分组成。首先将三相相电压由三相abc静止坐标系变换到两相邱静止坐 标系下,接着将Ua、Ue作为给定指令,与R0R调节器的输出值做差,并将误差量作为R0R调节器 的输入,构成闭环反馈,最终由R0R调节器完成无静差跟踪,输出正、负序电压分量。其中, R0R调节器的由传统的两相同步旋转坐标系下锁相环SRF-PLL得到,实现自适应检测。 [0096] 通过R0R-PLL测得的电网电压%信息,将其与同步逆变器输出电压u。信息进行比 较,判断压差、频差的绝对值是否小于允许误差,压差允许误差eu = 5 %ug,频差允许范围为 eu = 0.3%c〇g;g不满足,通过预同步调节器增加(减小)AQ、AP来继续进行调压和调频直 至满足允许误差为止。
[0097] 具体的,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测包 括:将通过降阶谐振器锁相环R0R-PLL测得的电网电压%和逆变器输出的电压u。进行比较, 并判断电压差值的绝对值是否小于电压允许误差,压差允许误差h = 5%ug;若压差信号不 满足,通过预同步调节器增加或者减小无功功率变化值A Q来调压直到电压差值小于电压 允许误差为止。
[0098] 采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对频差进行检测具体包括:将 通过降阶谐振器锁相环R0R-PLL测得的电网频率co g和逆变器输出的频率《。进行比较,并判 断频率差值绝对值是否小于频率允许误差,频差允许范围为eu = 〇. 3 % « g;若不满足,通过 预同步调节器增加或者减小有功功率变化值A P来调压直到频率差值小于频率允许误差。
[0099] 在逆变器并网时,真正对逆变器产生伤害的是相角差,而压差与频差的影响较小, 因此应严格控制相角差。若逆变器输出电压的相位滞后与电网电压,则预同步调节器输出 为正值,从而导致预同步调节器的输出增大,两电压间的相位差减小,最终相位差被调节至 零。考虑到合闸回路控制器和断路器合闸的固有动作时间,在两电压相量重合之前应提前 一个角度发出合闸命令,这样才能确保在相角差最小时将逆变器并入系统,通常我们将此 提前的角度称为导前角。
[0100] 具体的,在逆变器并网时,若逆变器输出电压相位滞后于电网电压相位,则预同步 调节器输出为一个正值,导致预同步调节器的输出升高,该两电压之间的相位差减小,直到 相位差为零;在所述相位差为零之前提前一个预设导向角发出合闸命令,将逆变器并入电 网系统,其中,导前角的计算公式为公式(16):
Figure CN106786780AD00101
[0101] ,、 (16)
[0102] 式中,为角频率差;tdq为导前时间。
[0103] 实施例2、一种基于虚拟同步发电机的并网控制系统。下面结合图2至图6对本实施 例提供的系统进行详细说明。
[0104] 参见图2至图6,一种基于虚拟同步发电机的并网控制系统,所述系统包括:三相全 桥逆变器、滤波器、瞬时功率计算模块、VSG控制模块、同步阻抗模块、比较器、准比例谐振控 制器以及PWM调制器。
[0105] 所述瞬时功率计算模块的输出端与所述VSG控制模块的输入端电连接,所述VSG控 制模块的输出端以及所述虚拟阻抗模块的输出端均与所述比较器的输入端电连接,所述比 较器的输出端与所述准比例谐振控制器的输入端电连接,所述准比例谐振控制器的输出端 与所述PWM调制器的输入端电连接,所述PWM调制器的输出信号与所述三相全桥逆变器电连 接,所述逆变器与所述滤波器电连接;
[0106] 所述瞬时功率计算模块,用于采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出 的电压和电流瞬时值,计算得到有功功率和无功功率。
[0107] 所述VSG控制模块,用于采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得 到逆变器输出电压的参考信号。
[0108] 所述虚拟阻抗模块,用于根据逆变器输出电流计算得到电压信号。
[0109] 所述比较器,用于将所述逆变器输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的电压 信号进行比较计算得到参考输入信号。
[0110] 所述准比例谐振控制器,用于根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感 电流计算得到输出电压信号,并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号。
[0111] 所述PWM调制器,用于根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号, 并将其输出给逆变器。
[0112] 本发明采用上述技术方案,具有以下有益效果:基于虚拟同步发电机技术的并网 逆变器控制算法具有同步发电机的一些特征,采用基于降阶谐振器(R0R)与三阶广义积分 器(T0GI)级联的同步阻抗方法提高系统的稳定性,抑制负荷扰动形成的电流偏差和实现功 率的均分,利用准比例谐振控制器抑制输出电压的不平衡与谐波分量;将基于降阶谐振器 锁相环(R0R-PLL)与准同步并列算法结合,避免了电网电压及逆变器输出电压不对称和谐 波对检测精度的影响,通过准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频率、幅值和相 位快速无静差地跟踪上电网电压,从而来实现离/并网的柔性切换,提高系统供电可靠性并 改善电能质量。
[0113]以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和 原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,所述方法包括: 51、 采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电压和电流瞬时值,计算得 到有功功率和无功功率; 52、 采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到输出电压调制波参考 信号; 53、 所述输出电压调制波参考信号与同步阻抗模块输出的电压信号进行比较计算得到 参考输入信号,所述电压信号是由所述同步阻抗模块根据逆变器输出电流计算得到; 54、 准比例谐振控制器根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流计算得 到输出电压信号,并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号; 55、 所述P丽调制器根据所述P丽调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号,并将其 输出给逆变器; 56、 通过基于降阶谐振器锁相环的准同步并列算法将虚拟同步逆变器输出电压的频 率、幅值和相位快速无静差地跟踪上电网电压,从而来实现离/并网的柔性切换。
2. 如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,所述S3 中所述同步阻抗模块具体为基于三阶广义积分器的同步阻抗模块。
3. 如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,所述S3 中所述同步阻抗模块具体为基于降阶谐振器和三阶广义积分器级联的同步阻抗模块。
4. 如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,所述S4 中所述准比例谐振控制器通过设置谐振频率点来确定虚拟同步发电机的并网控制系统稳 定运行时频率波动的带宽。
5. 如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,还包 括: 采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测和控制以及对频 差进行检测和控制。
6. 如权利要求5所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,所述降 阶谐振器锁相环具体包括依次相连接的Clack变换矩阵、正负序降阶谐振调节器以及PLL锁 相环。
7. 如权利要求5所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,采用基 于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对压差进行检测具体包括: 将通过降阶谐振器锁相环测得的电网电压和逆变器输出的电压进行比较,并判断电压 差值的绝对值是否小于电压允许误差,若不满足,通过预同步调节器增加或者减小无功功 率变化值来调压直到电压差值小于电压允许误差; 采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对频差进行检测具体包括: 将通过降阶谐振器锁相环测得的电网频率和逆变器输出的频率进行比较,并判断频率 差值的绝对值是否小于频率允许误差,若不满足,通过预同步调节器增加或者减小有功功 率变化值来调压直到频率差值小于频率允许误差。
8. 如权利要求7所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,还包 括: 在逆变器并网时,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对并列合闸进行 控制。
9. 如权利要求8所述的一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法,其特征在于,还包 括: 所述在逆变器并网时,采用基于降阶谐振器锁相环的准同期并列控制算法对并列合闸 进行控制具体包括: 在逆变器并网时,若逆变器输出电压相位滞后于电网电压相位,则预同步调节器输出 为一个正值,导致预同步调节器的输出升高,该两电压之间的相位差减小,直到相位差为 零; 在所述相位差为零之前提前一个预设导向角发出合闸命令,将逆变器并入电网系统。
10. —种基于虚拟同步发电机的并网控制系统,其特征在于,所述系统包括: 三相全桥逆变器、滤波器、瞬时功率计算模块、VSG控制模块、同步阻抗模块、比较器、准 比例谐振控制器以及PWM调制器; 所述的三相全桥逆变器与滤波器依次相连组成系统的主电路,所述的瞬时功率计算模 块的输出端与所述VSG控制模块的输入端电连接,所述VSG控制模块的输出端以及所述同步 阻抗模块的输出端均与所述比较器的输入端电连接,所述比较器的输出端与所述准比例谐 振控制器的输入端电连接,所述准比例谐振控制器的输出端与所述PWM调制器的输入端电 连接,所述PWM调制器的输出端与所述逆变器控制模块电连接; 所述瞬时功率计算模块,用于采用瞬时功率计算方法根据采集得到的逆变器输出的电 压和电流瞬时值,计算得到有功功率和无功功率; 所述VSG控制模块,用于采用VSG控制算法对所述有功功率和无功功率进行计算得到逆 变器输出电压的参考信号; 所述同步阻抗模块,用于根据逆变器输出电流计算得到同步阻抗的压降信号; 所述比较器,用于将所述逆变器输出电压的参考信号与同步阻抗模块输出的压降信号 进行比较计算得到参考输入信号; 所述准比例谐振控制器,用于根据所述参考输入信号、逆变器输出的电压和电感电流 计算得到输出电压信号,并将该电压信号作为PWM调制器的参考电压信号; 所述PWM调制器,用于根据所述PWM调制器的参考电压信号得到逆变器调制信号,并将 其输出给逆变器。
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