CN111628530B - 一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及应急微电网控制技术，旨在提供一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法。包括：利用三相软件锁相环获得电网电压和应急发电机组的输出电压信息，由预同步控制器进行PI调节后输出，与下垂控制模块生成参数进行叠加，用于应急发电机组控制；在符合并网条件时，由预同步控制器发出闭合控制信号，驱动并网同步开关动作，实现应急发电机组的并联运行。本发明实现的复杂度不高，易于快速实现预同步。能提高逆变器输出电压对电网电压幅值相位追踪的快速性和稳定性。本发明提出的预同步逻辑能够保障在满足误差标准时执行并联动作，提高并联时的可靠性。

Description

一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法
技术领域
本发明涉及应急微电网控制技术，特别涉及一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法。
背景技术
以(车载柴油)应急发电机组为代表的应急微电网是在灾害导致城市配电网大面积停电时，对部分停电区域利用移动应急电源组网，以对其中的重要负荷进行供配电的系统。由于应急微电网中负荷难以预测，单台应急发电机组难以满足灾害条件下的大量负荷需求。因此应急发电机组的并联控制技术备受关注；同时，出现区别于传统微电网，灾害条件下应急发电机组之间的稳定通讯需求难以满足。基于下垂控制方法的应急柴油发电车，其输出呈现电压源特性，能够为孤岛运行模式下的应急微电网提供电压和频率支撑，并且能够给予本地信息实现应急组网中随机性负荷功率的自动均分，因此在应急组网中获得广泛的研究和应用。
通过对应急微电网和应急发电机组组网开关的控制，可实现应急发电机组的即插即用，能够应对应急微电网中的负荷功率变化。
现有技术中，为了解决电网电压和应急发电机组的并联预同步而导致并联电流冲击，通常是针对电网电压和应急发电机组输出电压频率和相位不一致，利用检测技术寻求两者过零点且相位差相对最小时刻闭合并联开关，从而在把投用时的冲击电流降到最小；或者通过限流电阻减小冲击电流。但以上方法都不能从根本上限制应急微电网中应急发电机组即插即用时导致的并联冲击电流。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法，包括以下步骤：
(1)利用三相软件锁相环获得电网电压和应急发电机组的输出电压的幅值、频率和相位的信息；
(2)将步骤(1)中获得的信息作为预同步控制器的输入量，由其进行PI调节后输出同步频率量ωsync和同步电压量Vsync；
(3)将同步频率量ωsync和同步电压量Vsync与下垂控制模块生成的频率参考f和电压参考U叠加，得到调速器和励磁器的参考频率fref和参考电压Uref，将其用于调速器和励磁器对应急发电机组的励磁电流和转速的控制；
(4)由并网误差检测模块执行并网逻辑检测，如果电网电压与应急发电机组输出电压之间的相位差Δθ、幅值差ΔVm和频率差Δω满足预设范围，则视为符合并网条件；此时由预同步控制器发出闭合控制信号，驱动并网同步开关动作，实现应急发电机组的并联运行。
本发明中，所述步骤(2)具体包括：取步骤(1)获得的电网三相电压相位角θgrid和d轴分量Vdgrid，以及应急发电机组输出的三相电压相位角θdg和d轴分量Vddg；将其分别做差(相位角θgrid和θdg做差，d轴分量Vdgrid和Vddg做差)后进行PI调节，然后输出得到同步频率量ωsync和同步电压量Vsync。
本发明中，所述步骤(3)中，调速器和励磁器的参考频率fref和参考电压Uref按下述方式计算：
式中：mi和ni分别为有功-频率和无功-电压的下垂系数；Pref、Qref、f*和U*分别为下垂控制额定工作点所对应的有功功率、无功功率、频率和电压幅值；Pi和Qi分别为应急发电机组输出的有功功率和无功功率；T是滤波器的时间常数，s是指复频域的自变量；ωsync和Usync分别为同步频率量和同步电压量；fref和Uref分别为应急发电机组的调速器和励磁器的参考频率和参考电压。
本发明中，步骤(4)中，所述由并网误差检测模块执行并网逻辑检测是指：对实时获取的电网电压和应急发电机组输出电压的相位、幅值和频率进行计算，得到相位差、幅值差和角频率差；判断各差值是否满足并网标准的误差条件，如满足则视为符合并网条件。
本发明中，步骤(4)中，在驱动并网同步开关动作的同时退出并网预同步控制的运行；此后应保持应急发电机组的励磁电流和转速，使处于稳定的并联运行状态。
发明原理描述：
本发明基于下垂控制给出调速器和励磁器的频率及电压参考，进而控制应急柴油发电车的输出电压。而通过三相软件锁相环及预同步环节实现下垂控制无功-电压、有功-频率环节的补偿，因此使用预同步控制方法实现应急柴油发电车输出电压的追踪同步，准确度相应也较高，能够满足实际需求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明先通过做差PI调节计算出预同步的频率和电压，再通过下垂控制的补偿，实现应急发电机组输出电压的精准控制；该方法实现的复杂度不高，因此易于快速实现预同步。
2、本发明在并联预同步控制中，对电网电压的幅值、频率分别做差后进行PI调节得到同步频率和同步幅值，提高了逆变器输出电压对电网电压幅值相位追踪的快速性和稳定性。
3、本发明提出的预同步逻辑能够保障在满足误差标准时执行并联动作，提高并联时的可靠性。
附图说明
图1是本发明基于对等控制的应急发电机组预同步控制结构框图；
图2是三相软件锁相环的原理图；
图3是并网逻辑检测原理图。
具体实施方式
本发明中，并网误差检测模块、预同步控制器、下垂控制模块均为软件功能模块。其中，预同步控制器、下垂控制模块的功能和实现方法均为现有技术，本发明的创新之处在于，在预同步时通过并联预同步模块对下垂控制模块中无功-电压、有功-频率环节的补偿进而实现预同步操作。通过阅读本发明申请文本，本领域技术人员均轻松实现并网误差检测模块、预同步控制器的设置。
下面以车载柴油应急发电机组为例，结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
1、如图2所示，利用三相软件锁相环(SPLL)获得电网电压和车载柴油应急发电机组输出电压的幅值Vm、频率ω和相位θ的信息；
2、取步骤1获得的电网三相电压相位角θgrid和d轴分量Vdgrid，以及应急发电机组输出的三相电压相位角θdg和d轴分量Vddg；将其分别做差(相位角θgrid和θdg做差，d轴分量Vdgrid和Vddg做差)后进行PI调节，然后输出得到同步频率量ωsync和同步电压量Vsync。
3、将步骤2中的同步频率量ωsync和同步电压量Vsync与下垂控制模块生成的频率参考f和电压参考U叠加，作为调速器和励磁器的参考频率fref和参考电压Uref，然后通过调速器和励磁器对应急发电机组的励磁电流和转速进行控制，实现应急发电机组对电网电压的预同步。
其中，调速器和励磁器的参考频率fref和参考电压Uref按下述方式计算：
式中：mi和ni分别为有功-频率和无功-电压的下垂系数；Pref、Qref、f*和U*分别为下垂控制额定工作点所对应的有功功率、无功功率、频率和电压幅值；Pi和Qi分别为应急发电机组输出的有功功率和无功功率；T是滤波器的时间常数，s是指复频域的自变量；ωsync和Usync分别为同步频率量和同步电压量；fref和Uref分别为应急发电机组的调速器和励磁器的参考频率和参考电压。
4、如图3所示，在预同步过程中，对实时获取的电网电压和应急发电机组输出电压的幅值Vm、频率ω和相位θ进行计算，得到相位差Δθ、幅值差ΔVm和频率差Δω；如果电网电压与应急发电机组输出电压之间的相位差Δθ、幅值差ΔVm和频率差Δω满足预设范围，则视为符合并网条件；此时由预同步控制器发出闭合控制信号，驱动并网同步开关动作，实现应急发电机组的并联运行。在驱动并网同步开关动作的同时退出并网预同步控制的运行；此后应保持应急发电机组的励磁电流和转速，使处于稳定的并联运行状态。

Claims (3)

1.一种基于下垂控制的应急发电机组的预同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用三相软件锁相环获得电网电压和应急发电机组的输出电压的幅值、频率和相位的信息；
(2)将步骤(1)中获得的信息作为预同步控制器的输入量，由其进行PI调节后输出同步频率量ωsync和同步电压量Vsync；具体包括：
取步骤(1)获得的电网三相电压相位角θgrid和d轴分量Vdgrid，以及应急发电机组输出的三相电压相位角θdg和d轴分量Vddg；将其分别做差后进行PI调节，然后输出得到同步频率量ωsync和同步电压量Vsync；
(3)将同步频率量ωsync和同步电压量Vsync与下垂控制模块生成的频率参考f和电压参考U叠加，得到调速器和励磁器的参考频率fref和参考电压Uref，将其用于调速器和励磁器对应急发电机组的励磁电流和转速的控制；
调速器和励磁器的参考频率fref和参考电压Uref按下述方式计算：
式中：mi和ni分别为有功-频率和无功-电压的下垂系数；Pref、Qref、f*和U*分别为下垂控制额定工作点所对应的有功功率、无功功率、频率和电压幅值；Pi和Qi分别为应急发电机组输出的有功功率和无功功率；T是滤波器的时间常数，s是指复频域的自变量；ωsync和Usync分别为同步频率量和同步电压量；fref和Uref分别为应急发电机组的调速器和励磁器的参考频率和参考电压；
(4)由并网误差检测模块执行并网逻辑检测，如果电网电压与应急发电机组输出电压之间的相位差Δθ、幅值差ΔVm和频率差Δω满足预设范围，则视为符合并网条件；此时由预同步控制器发出闭合控制信号，驱动并网同步开关动作，实现应急发电机组的并联运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述由并网误差检测模块执行并网逻辑检测是指：对实时获取的电网电压和应急发电机组输出电压的相位、幅值和频率进行计算，得到相位差、幅值差和角频率差；判断各差值是否满足并网标准的误差条件，如满足则视为符合并网条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，在驱动并网同步开关动作的同时退出并网预同步控制的运行；此后应保持应急发电机组的励磁电流和转速，使处于稳定的并联运行状态。
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