CN110649660B - 一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置 - Google Patents

一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置，包括：根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压；本发明通过根据逆虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率获得虚拟同步发电机的电磁惯性参数，进而得到控制虚拟同步发电机的逆变器的PWM信号，可在逆变器发生电压波动时，使逆变器的输出电压平滑地恢复到正常状态，减小了电压波动对电网的冲击，有效地维护了电网稳定。

Description

一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置
技术领域
本发明涉及逆变器的控制技术领域，具体涉及一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置。
背景技术
随着新能源的发展，分布式电源的容量占电网系统的比例越来越大，分布式电源接入电网后，对电网的稳定性影响也越来越大。
虚拟同步发电机技术通过将同步发电机的电磁方程与机械方程应用到控制策略的设计中，使得逆变器表现出同步发电机的外特性，从而在一定程度上为电网的稳定运行提供支撑。然而，目前的虚拟同步发电机控制策略虽然模拟了同步发电机的惯性特性和励磁特性，但对于惯性参数仍局限于采用固定的取值，失去了一定的灵活性，在分布式电源高渗透率场合，当逆变器输出电压波动时，不能对逆变器进行有效控制，不能为电网的稳定性提供有效、准确的支撑。
因此，在分布式电源高渗透率场合，如何灵活的控制逆变器，使其能够准确的为电网稳定性提供支撑是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置，通过根据逆虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率获得PWM信号，可在逆变器发生电压波动时，使逆变器的输出电压平滑地恢复到正常状态，减小了电压波动对电网的冲击，有效地维护了电网稳定。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；
根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；
根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压。
优选地，所述根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数，包括：
按下式确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数K：
Figure BDA0002178002700000021
式中，K0为虚拟同步发电机的电磁惯性参数的稳态值，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，k为常数，Vg为电网电压。
进一步地，按下式确定所述虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率L：
Figure BDA0002178002700000022
式中，E为逆变器的输出相电压有效值。
优选地，所述根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，包括：
Figure BDA0002178002700000023
式中，K为虚拟同步发电机的电磁惯性参数，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，Vg为电网电压，Qset为预先设定的逆变器的无功功率给定值，Qe为逆变器的无功功率，Dq为传统同步发电机的无功电压下垂系数。
优选地，所述根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，包括：
按下式生成PWM信号：
Figure BDA0002178002700000024
式中，UA为A相PWM调制信号，UB为B相PWM调制信号，UC为的C相PWM调制信号，Uo为虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，θA为A相PWM调制信号的相角，θB为B相PWM调制信号的相角，θC为C相PWM调制信号的相角，其中，
Figure BDA0002178002700000031
Figure BDA0002178002700000032
本发明还提供一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制装置，其改进之处在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；
第二确定单元，用于根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；
控制单元，用于根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压。
优选地，所述第一确定单元，具体用于：
按下式确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数K：
Figure BDA0002178002700000033
式中，K0为虚拟同步发电机的电磁惯性参数的稳态值，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，k为常数，Vg为电网电压。
进一步地，按下式确定所述虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率L：
Figure BDA0002178002700000034
式中，E为逆变器的输出相电压有效值。
优选地，所述第二确定单元，具体用于：
按下式确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值Uo：
Figure BDA0002178002700000035
式中，K为虚拟同步发电机的电磁惯性参数，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，Vg为电网电压，Qset为预先设定的逆变器的无功功率给定值，Qe为逆变器的无功功率，Dq为传统同步发电机的无功电压下垂系数。
优选地，所述控制单元，具体用于：
按下式生成PWM信号：
Figure BDA0002178002700000041
式中，UA为A相PWM调制信号，UB为B相PWM调制信号，UC为的C相PWM调制信号，Uo为虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，θA为A相PWM调制信号的相角，θB为B相PWM调制信号的相角，θC为C相PWM调制信号的相角，其中，
Figure BDA0002178002700000042
Figure BDA0002178002700000043
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置，根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压；本发明通过根据逆虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率获得虚拟同步发电机的电磁惯性参数，进而得到控制虚拟同步发电机的逆变器的PWM信号，其中，电磁惯性参数灵活可变，可在逆变器发生电压波动时，适应不同功率等级和调节速度的控制要求，使逆变器的输出电压平滑地恢复到正常状态，减小了电压波动对电网的冲击，有效地维护了电网稳定。
附图说明
图1是本发明虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法的流程图；
图2是本发明虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法，如图1所示，所述方法包括：
根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；
根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；
根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压。
在本发明具体的实施例中，上述根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数，包括：
按下式确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数K：
Figure BDA0002178002700000051
式中，K0为虚拟同步发电机的电磁惯性参数的稳态值，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，k为常数，Vg为电网电压。
其中，按下式确定所述虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率L：
Figure BDA0002178002700000052
式中，E为逆变器的输出相电压有效值。
在本发明具体的实施例中，上述根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，包括：
Figure BDA0002178002700000053
式中，K为虚拟同步发电机的电磁惯性参数，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，Vg为电网电压，Qset为预先设定的逆变器的无功功率给定值，Qe为逆变器的无功功率，Dq为传统同步发电机的无功电压下垂系数。
在本发明具体的实施例中，上述根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，包括：
按下式生成PWM信号：
Figure BDA0002178002700000061
式中，UA为A相PWM调制信号，UB为B相PWM调制信号，UC为的C相PWM调制信号，Uo为虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，θA为A相PWM调制信号的相角，θB为B相PWM调制信号的相角，θC为C相PWM调制信号的相角，其中，
Figure BDA0002178002700000062
Figure BDA0002178002700000063
本发明还提供一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制装置，如图2所示，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；
第二确定单元，用于根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；
控制单元，用于根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压。
在本发明具体的实施例中，上述第一确定单元，具体用于：
按下式确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数K：
Figure BDA0002178002700000064
式中，K0为虚拟同步发电机的电磁惯性参数的稳态值，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，k为常数，Vg为电网电压。
其中，按下式确定所述虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率L：
Figure BDA0002178002700000071
式中，E为逆变器的输出相电压有效值。
在本发明具体的实施例中，上述第二确定单元，具体用于：
按下式确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值Uo：
Figure BDA0002178002700000072
式中，K为虚拟同步发电机的电磁惯性参数，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，Vg为电网电压，Qset为预先设定的逆变器的无功功率给定值，Qe为逆变器的无功功率，Dq为传统同步发电机的无功电压下垂系数。
在本发明具体的实施例中，上述控制单元，具体用于：
按下式生成PWM信号：
Figure BDA0002178002700000073
式中，UA为A相PWM调制信号，UB为B相PWM调制信号，UC为的C相PWM调制信号，Uo为虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，θA为A相PWM调制信号的相角，θB为B相PWM调制信号的相角，θC为C相PWM调制信号的相角，其中，
Figure BDA0002178002700000074
Figure BDA0002178002700000075
综上所述，本发明提供一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法及装置，根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器；本发明通过根据逆虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率获得虚拟同步发电机的电磁惯性参数，进而得到控制虚拟同步发电机的逆变器的PWM信号，其中，电磁惯性参数灵活可变，可在逆变器发生电压波动时，适应不同功率等级和调节速度的控制要求，使逆变器的输出电压平滑地恢复到正常状态，减小了电压波动对电网的冲击，有效地维护了电网稳定。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；
根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；
根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压；
所述根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数，包括：
按下式确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数K：
Figure FDA0004053582920000011
式中，K0为虚拟同步发电机的电磁惯性参数的稳态值，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，k为常数，Vg为电网电压；
按下式确定所述虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率L：
Figure FDA0004053582920000012
式中，E为逆变器的输出相电压有效值，t为逆变器的输出相电压有效值的采集时间；
所述根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，包括：
Figure FDA0004053582920000013
式中，K为虚拟同步发电机的电磁惯性参数，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，Vg为电网电压，Qset为预先设定的逆变器的无功功率给定值，Qe为逆变器的无功功率，Dq为传统同步发电机的无功电压下垂系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，包括：
按下式生成PWM信号：
Figure FDA0004053582920000021
式中，UA为A相PWM调制信号，UB为B相PWM调制信号，UC为的C相PWM调制信号，Uo为虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，θA为A相PWM调制信号的相角，θB为B相PWM调制信号的相角，θC为C相PWM调制信号的相角，其中，
Figure FDA0004053582920000022
Figure FDA0004053582920000023
3.一种虚拟同步发电机的逆变器输出电压控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数；
第二确定单元，用于根据虚拟同步发电机的电磁惯性参数确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值；
控制单元，用于根据虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值生成PWM信号，并利用所述PWM信号控制虚拟同步发电机的逆变器的输出电压；
所述第一确定单元，具体用于：
按下式确定虚拟同步发电机的电磁惯性参数K：
Figure FDA0004053582920000024
式中，K0为虚拟同步发电机的电磁惯性参数的稳态值，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，U为逆变器的输出电压，k为常数，Vg为电网电压；
按下式确定所述虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率L：
Figure FDA0004053582920000025
式中，E为逆变器的输出相电压有效值；
所述第二确定单元，具体用于：
按下式确定虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值Uo：
Figure FDA0004053582920000031
式中，K为虚拟同步发电机的电磁惯性参数，L为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率，C为虚拟同步发电机的等效电磁输出变化率的阈值，Vg为电网电压，Qset为预先设定的逆变器的无功功率给定值，Qe为逆变器的无功功率，Dq为传统同步发电机的无功电压下垂系数。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元，具体用于：
按下式生成PWM信号：
Figure FDA0004053582920000032
式中，UA为A相PWM调制信号，UB为B相PWM调制信号，UC为的C相PWM调制信号，Uo为虚拟同步发电机的逆变器的输出电压参考值，θA为A相PWM调制信号的相角，θB为B相PWM调制信号的相角，θC为C相PWM调制信号的相角，其中，
Figure FDA0004053582920000033
Figure FDA0004053582920000034
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