CN107769265B - 一种电压型逆变器的控制方法和系统 - Google Patents

一种电压型逆变器的控制方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107769265B
CN107769265B CN201610669640.0A CN201610669640A CN107769265B CN 107769265 B CN107769265 B CN 107769265B CN 201610669640 A CN201610669640 A CN 201610669640A CN 107769265 B CN107769265 B CN 107769265B
Authority
CN
China
Prior art keywords
virtual
angle
rotor
inverter
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610669640.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107769265A (zh
Inventor
魏强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201610669640.0A priority Critical patent/CN107769265B/zh
Priority to PCT/CN2017/097532 priority patent/WO2018033073A1/zh
Publication of CN107769265A publication Critical patent/CN107769265A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107769265B publication Critical patent/CN107769265B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电压型逆变器的控制方法和系统。这种方法和系统是转子角下垂控制技术和虚拟同步发电机技术在逆变器中的结合。通过计算逆变器内虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和预设的角度参考值的差，再使用比例微分算法即可得到虚拟转子的输入机械功率；使用虚拟输入机械功率和测量得到的输出有功功率，根据转子运动方程可以确定虚拟转子的角度。所述角度最终作为调制波角度输出给SPWM逆变控制。本发明所述的方法和系统可以确保微网中负荷变化后，逆变电源自治（无需额外控制层干预）的准确跟踪负荷变化，维持微网的有功平衡和频率恒定。此外，负荷变化量还可在多逆变电源间按照电源容量近似均分。

Description

一种电压型逆变器的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及逆变器的运行与控制技术领域，尤其涉及一种可以自治维持独立运行微网的频率且近似均分负荷变化量的电压型逆变器的控制方法和系统。
背景技术
微电网（以下简称微网）的一个重要研究内容就是独立运行时有功和频率的控制。目前已有多种可能控制方式：指定单一V/f节点的主从模式；多电源频率下垂控制；分层控制；多代理(agent)协作控制等。不过，这些控制方法或者对主节点要求过高，或者频率波动过大，或者参数配置复杂、控制效果不理想，或者需要额外的控制层来恢复频率，都有相应的缺点。
不过，近年来大规模互联电网出现了一种新的有功/频率控制策略---发电机转子角控制。这种控制策略下各电源可以在不需要远方信息（及额外控制层）和调度干预的情况下及时准确跟踪负荷增减，维持系统频率恒定。因而有可能把频率控制的任务从调度分离，实现各电源高度自治和分散、就地控制。这种控制策略是和本发明相关的一种背景技术。
虚拟同步发电机（VSG）技术则是和本发明相关的另外一种背景技术。VSG是近年来出现的一种新的分布式逆变电源控制技术，该技术通过模拟同步发电机的本体模型、转动惯量、调频特性以及无功调压等特性，使并网逆变器从运行机制和外特性上可与传统同步发电机相比拟，从而实现分布式电源的友好接入，提高电网稳定性，但VSG在有功控制和负荷跟踪方面主要还是沿用传统同步发电机及微网逆变电源的控制策略。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种电压型逆变器的控制方法。
一种电压型逆变器的控制方法，包括：比较逆变器内虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和预设的角度参考值，并使用适当的控制算法得到虚拟转子的输入机械功率（以下简称机械功率）。虚拟机械功率已知后，再进一步根据测量得到的输出有功功率和转子运动方程，决定虚拟转子下一时刻的速度和角度。最终将该角度作为调制波角度输出给SPWM逆变控制。该角度也同时反馈给虚拟机械功率计算步骤作为输入。
根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，比较当前虚拟转子角度和角度参考值后，通过比例微分控制计算虚拟转子的虚拟机械功率。
根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，通过比例微分控制计算得到机械功率变化量的标幺值后，再乘以和电源容量成正比的系数，再加上给定的功率参考值，得到虚拟转子的虚拟机械功率。
本发明要解决的一个技术问题是提供一种电压型逆变器的控制系统。
一种电压型逆变器的控制系统，包括：虚拟机械功率计算单元，该单元使用逆变器内虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和预设的角度参考值，并使用适当的控制算法得到虚拟转子的虚拟机械功率；虚拟转子模拟单元，该单元使用虚拟机械功率和实测得到的输出有功功率，根据转子运动方程确定虚拟转子的速度和角度。所述角度最终作为调制波角度输出给SPWM逆变控制。该角度也同时反馈给虚拟机械功率计算单元作为输入。
根据本发明的系统的一个实施例，进一步的，所述虚拟机械功率计算单元比较当前虚拟转子角度和角度参考值后，通过比例微分控制计算虚拟转子的虚拟机械功率。
根据本发明的系统的一个实施例，进一步的，所述虚拟机械功率计算单元通过比例微分控制计算得到机械功率变化量的标幺值后，再乘以和电源容量成正比的系数，再加上给定的功率参考值，得到虚拟转子的虚拟机械功率。
本发明的电压型逆变器的控制方法和系统，可以在负荷变化后，在不需要额外控制层和通信的前提下，使逆变电源自治的准确跟踪负荷变化，实现微网内的自动有功平衡和频率恒定，并可将负荷变化量近似的按照逆变器容量均分给多个逆变器。从而为微电网的自动稳定运行提供保证。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的电压型逆变器控制方法的一个实施例的流程图；
图2为根据本发明的电压型逆变器控制系统的一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所述的控制方法和系统来源于大规模互联电网中的转子角控制，但是又有不同。
大规模互联电网中的转子角控制技术通过测量同步发电机转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的位置（绝对转子角），再增减汽轮机出力(使发电机转子增减速度)让转子在扰动后向设定的转子角目标值复归，最终达到把发电机转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的位置固定下来的目的。这种控制策略可以使每次秒脉冲到达时，发电机转子都转到相同的位置，这样PMU测量得到的绝对转子角将保持不变，频率也将是精确的50Hz。也就是说，可以同时实现转速（频率）的无差控制和发电/负荷的自动平衡。
不过，前述原理应用于逆变器时，必须借助虚拟同步发电机技术。即假设逆变器中存在一个类似于汽轮机转子的虚拟转子，该虚拟转子具有惯性时间常数Tj，同时有虚拟输入机械功率Pm(类似汽轮机的机械功率)和实际输出有功功率Pe(逆变器输出有功功率)，且虚拟转子的运动可以用式(1)转子运动方程来描述(由于假设转子速度总在额定值附近，公式中没有使用转矩而直接使用了功率)：
在假设虚拟转子之后，可以采取类似大电网中转子角控制的做法，在电压型逆变器内部实施转子角下垂控制。
图1所示为本发明的电压型逆变器控制方法的一个实施例的流程图。图1中包括：步骤101，根据逆变器内虚拟转子当前角度值和参考角度值，以及参考功率值，使用PD控制得到虚拟机械功率。步骤102，根据虚拟机械功率和测量得到的输出有功功率，通过两次积分得到虚拟转子下一时刻的角度值。该数值最终作为SPWM的调制波角度，输出给逆变控制使用。
步骤101的具体实现方法为：
根据虚拟转子的转子角度δ（该数值来源于输出反馈），使用PD（比例微分）控制来确定机械功率Pm。假设参考角度为δ0，参考功率为P0（这两个数值可以固定为任意潮流计算结果中对应该电源的内电势角度和功率，也可以由微网能量管理系统实时指定），逆变器的额定功率为Pn，虚拟转子角控制的比例增益为kp，微分增益为kd，s为拉普拉斯算子，则机械功率Pm可表示为：
Pm=(kp(δ-δ0)+ kdsδ)* Pn+ P0 （2）
注意式(2)中，kp(δ-δ0)+ kdsδ是根据虚拟转子角和角度参考值计算得到的机械功率改变量的标幺值，该数值乘以逆变器容量再加上功率参考值后，才最终得到虚拟机械功率。
步骤102的具体实现方法为：
在得到虚拟机械功率后，再使用功率测量器件得到输出有功功率，即可根据式（1）转子运动方程，使用功率差进行两次积分得到虚拟转子角度（式中ω0为对应额定频率的角速度）：
δ=(ω0/Tj)∫∫(Pm-Pe)+δ0 （3）
这个数值一方面作为调制波的角度提供给SPWM逆变控制，另一方面也作为反馈参与虚拟机械功率计算。
前述步骤仅给出了SPWM逆变控制的调制波角度计算方法，调制波的幅度则可维持为一个恒定值。由于调制波幅度恒定，所以该逆变器内电势大小也随之恒定，最终逆变器出口电压将随负荷增加而逐步下降。通过合理选择逆变器滤波电感和内电势大小，可以确保出口电压始终在允许范围内。
图2所示则为根据前述原理和方法设计的电压型逆变器控制系统的结构图。该系统21包括：虚拟机械功率计算单元211和虚拟转子模拟单元212。
虚拟机械功率计算单元211根据逆变器内虚拟转子当前角度值和参考角度值，以及参考功率值，使用PD控制得到虚拟机械功率。
虚拟转子模拟单元212根据虚拟机械功率和测量得到的输出有功功率，通过两次积分得到虚拟转子的下一时刻的角度值。该数值最终作为SPWM的调制波角度，输出给逆变控制使用。该数值亦同时反馈给虚拟机械功率计算单元作为输入。
本发明的电压型逆变器的控制方法和系统，可以在负荷变化后，在不需要额外控制层和通信的前提下，使逆变电源自治的准确跟踪负荷变化，实现微网内的自动有功平衡和频率恒定。这一特性由转子角（下垂）控制策略本身保证，具体可见现有的转子角控制技术论文分析。
本发明还可将负荷增量在逆变器间合理分配。对这一特性可做如下分析：
假设电网中共有n个节点，其中g个节点是逆变电源，则负荷变化后，由于式（2）中kp较小（在滤波器电抗为5mH时典型值为2），所以为了保证增发的功率足够弥补负荷需求，进入稳态后的虚拟转子角度与负荷变化前的差值(δ-δ0)会相对很大。相比之下，在最终稳态中，各电源的内电势角度差不会太大（这是通常潮流解都具备的特性），所以最终会有：
kp(δ1-δ10)≈kp(δ2-δ20) ≈...≈ kp(δg-δg0)
所以将有：
ΔP1:ΔP2:...:ΔPg≈Pn1: Pn2: ... :Png
也就是说，本发明还可将负荷变化量近似的按照逆变器容量均分给多个逆变器。这一特性对于微网稳定经济运行也有非常重要的意义。
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种电压型逆变器的控制方法，其特征在于：计算虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和给定角度参考值之间的差值，将此差值作为输入使用比例微分控制来更改逆变器内部虚拟转子输入机械功率，再计算此机械功率和逆变器输出有功功率的差值后，利用转子运动方程进行两次积分得到虚拟转子角度，进而影响逆变器内电势角度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：比例微分控制输出乘以和容量成正比的系数并累加功率参考值来确定虚拟转子输入机械功率。
3.一种电压型逆变器控制系统，其特征在于，包括：
虚拟机械功率计算单元，用于计算得到逆变器内部虚拟转子的输入机械功率；
虚拟转子模拟单元，用于根据虚拟转子输入机械功率和测量得到的输出有功功率，通过两次积分得到虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：
虚拟机械功率计算单元计算虚拟转子在GPS确定的同步旋转坐标系中的角度和给定角度参考值之间的差值，再通过比例微分控制来计算虚拟转子的输入机械功率。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：
比例微分控制输出乘以和容量成正比的系数并累加功率参考值来确定虚拟转子的输入机械功率。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：
虚拟转子模拟单元输出的GPS确定的同步旋转坐标系中的虚拟转子角度同时反馈给虚拟机械功率计算单元作为输入。
CN201610669640.0A 2016-08-16 2016-08-16 一种电压型逆变器的控制方法和系统 Active CN107769265B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610669640.0A CN107769265B (zh) 2016-08-16 2016-08-16 一种电压型逆变器的控制方法和系统
PCT/CN2017/097532 WO2018033073A1 (zh) 2016-08-16 2017-08-15 一种电压型逆变器的控制方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610669640.0A CN107769265B (zh) 2016-08-16 2016-08-16 一种电压型逆变器的控制方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107769265A CN107769265A (zh) 2018-03-06
CN107769265B true CN107769265B (zh) 2024-01-26

Family

ID=61197303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610669640.0A Active CN107769265B (zh) 2016-08-16 2016-08-16 一种电压型逆变器的控制方法和系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN107769265B (zh)
WO (1) WO2018033073A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493967B (zh) * 2018-05-09 2020-01-31 合肥工业大学 不平衡负载条件下微网逆变器的电压平衡控制方法
CN110377023B (zh) * 2018-12-04 2022-12-27 北京京东乾石科技有限公司 一种实现装置同步运动的方法和系统
CN109980719B (zh) * 2019-03-11 2023-09-01 珠海兴诺能源技术有限公司 虚拟同步充电机及其控制方法、电子设备、存储介质
CN110336318A (zh) * 2019-06-25 2019-10-15 陕西科技大学 一种单相光伏并网发电系统及控制方法
CN110690727B (zh) * 2019-09-20 2023-04-07 天津大学 一种基于分层电压控制的级联h桥变流器柔性并网方法
CN110880794B (zh) * 2019-12-11 2021-02-26 华中科技大学 一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置
CN113452075A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 国网冀北电力有限公司电力科学研究院 虚拟同步机虚拟功角确定方法及装置
CN113746143B (zh) * 2021-10-14 2023-06-23 国网山西省电力公司晋城供电公司 一种配电网备用电源智能切换方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103066876A (zh) * 2013-01-17 2013-04-24 电子科技大学 一种具有同步发电机特性的逆变控制器
CN103259475A (zh) * 2013-04-22 2013-08-21 华中科技大学 基于功率平衡的双馈感应发电机内频率同步方法及装置
CN105305491A (zh) * 2015-11-03 2016-02-03 国家电网公司 一种基于虚拟同步发电机的光伏电源控制策略
CN105529980A (zh) * 2014-10-14 2016-04-27 日立空调·家用电器株式会社 电动机控制装置、压缩机、空调机以及程序

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2402499B1 (es) * 2011-02-28 2013-11-26 Abengoa Solar New Technologies S.A. Controlador de la característica electromecánica virtual para convertidores estáticos de potencia.
CN103346719B (zh) * 2013-07-20 2018-11-23 魏强 一种消除发电机间低频振荡的方法和系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103066876A (zh) * 2013-01-17 2013-04-24 电子科技大学 一种具有同步发电机特性的逆变控制器
CN103259475A (zh) * 2013-04-22 2013-08-21 华中科技大学 基于功率平衡的双馈感应发电机内频率同步方法及装置
CN105529980A (zh) * 2014-10-14 2016-04-27 日立空调·家用电器株式会社 电动机控制装置、压缩机、空调机以及程序
CN105305491A (zh) * 2015-11-03 2016-02-03 国家电网公司 一种基于虚拟同步发电机的光伏电源控制策略

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018033073A1 (zh) 2018-02-22
CN107769265A (zh) 2018-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107769265B (zh) 一种电压型逆变器的控制方法和系统
Bevrani et al. Virtual synchronous generators: A survey and new perspectives
CN109066770B (zh) 一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法和装置
Kassem et al. Robust control of an isolated hybrid wind–diesel power system using linear quadratic Gaussian approach
Howlader et al. A robust H∞ controller based frequency control approach using the wind-battery coordination strategy in a small power system
CN115313524B (zh) 一种基于构网型变流器的光伏发电并网控制方法及系统
CN105490292B (zh) 一种储能系统参与电网二次频率控制的方法及装置
CN107689638B (zh) 一种基于相轨迹分析的含风电电力系统暂态协调控制方法
CN110266056B (zh) 基于光储独立并网的虚拟同步发电控制方法
CN105790297A (zh) 基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置
JP2011114899A (ja) 負荷周波数制御方法及び負荷周波数制御装置
CN105406496A (zh) 一种基于实测频率响应辨识的孤立微电网调频控制方法
CN109286200B (zh) 一种变速恒频风电机组的控制方法及其控制系统
WO2023077740A1 (zh) 一种并网变流器直流电容同步控制系统及方法
CN109672192A (zh) 一种主动支撑电网的负荷虚拟同步装置控制方法和系统
CN104485670B (zh) 孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法
US20230187942A1 (en) Method for operating a power supply plant, and power supply plant
Huang et al. Virtual inertia based control of two-stage photovoltaic inverters for frequency regulation in islanded micro-grid
Fanglei et al. Estimating maximum penetration level of renewable energy based on frequency stability constrains in power grid
US20220149628A1 (en) Systems and methods for power system stabilization and oscillation damping control
CN116799857A (zh) 一种储能变流器pcs调频控制方法、装置、设备及存储介质
Belfedhal et al. Modeling and control of wind power conversion system with a flywheel energy storage system and compensation of reactive power
Chakib et al. Contribution of variable speed wind turbine generator based on dfig using adrc and rst controllers to frequency regulation
ES2724564A1 (es) Sistema y metodo de control sincrono agregado de una planta de potencia con multiples estaciones de conversion de potencia
CN110460113B (zh) 一种逆变器电源的机械惯性模拟方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant