CN112701699A - 虚拟同步发电机有功功率振荡消除方法、装置和存储介质 - Google Patents

虚拟同步发电机有功功率振荡消除方法、装置和存储介质 Download PDF

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CN112701699A CN202110099078.3A CN202110099078A CN112701699A CN 112701699 A CN112701699 A CN 112701699A CN 202110099078 A CN202110099078 A CN 202110099078A CN 112701699 A CN112701699 A CN 112701699A
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谈赢杰
袁智勇
徐敏
唐立军
柯清派
林跃欢
胡巨
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了虚拟同步发电机有功功率振荡消除方法、装置和存储介质，所述有功功率振荡快速消除方法包括如下步骤：监测所述PCC连接点的有功功率振荡幅度；若所述PCC连接点的有功功率振荡幅度大于预设振荡阈值，则调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量；本发明通过调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，以引入互阻尼的方式快速削弱PCC连接点的有功功率振荡能量，其对电网系统的电能质量要求较低，适用于不同类型的电网系统，且抑制过程无需修改虚拟同步发电机的惯性参数，其抑制原理和抑制过程简单，能够有效提升抑制速度和抑制效果。

Description

虚拟同步发电机有功功率振荡消除方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及逆变器控制技术领域，尤其涉及虚拟同步发电机有功功率振荡消除方法、装置和存储介质。
背景技术
能源是人类发展的重要核心。然而随着社会的发展，传统如煤炭、石油等类型的化石能源存量逐年减少，各国均面临着能源紧缺的难题。其次，化石能源的燃烧过程中会释放出大量的有害气体和温室气体，导致环境的日益恶化。因此，为缓解能源危机，同时也为保护自然生态环境，大力的开发和使用新能源成为了必然选择。
新能源常见的有风力、光伏等多种形式，其与传统化石能源相比的特点是具有典型的间歇性，同时新能源电源的输出也通常为直流或者变频的交流，不符合电力系统的并网供电要求。因此，通过电力电子变换器实现新能源的电能变换成为了新能源使用的重要基础。
然而，电力电子变换器由于本身不存在机械惯性，因此在实际使用中会导致较为严重的电能质量问题，因此虚拟同步发电机应运而生。
虚拟同步逆变器通过引入惯性来实现对频率高频波动的抑制，然而惯性的引入又将导致功率的振荡加剧，特别是当虚拟同步逆变器并联运行以便增大系统惯性支撑时，遭遇大负荷波动时有功功率振荡严重威胁逆变器的安全运行。
现有做法是采用SDFT需要对电网电压频率进行准确测量、惯性阻尼混合控制、旋转角虚拟功率的虚拟同步发电机功率解耦、小转动惯量或VSG惯量参数参考同步发电机惯量参数设计等策略来削弱震荡激励，但是上述策略均存在诸如震荡抑制精度差、无法应对初期震荡、无法对有功功率震荡激励进行有效抑制、牺牲虚拟同步发电机惯性或不利于推广应用的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种有功功率振荡快速消除方法，通过调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，以引入互阻尼的方式快速削弱PCC连接点的有功功率振荡能量，其对电网系统的电能质量要求较低，适用于不同类型的电网系统，且抑制过程无需修改虚拟同步发电机的惯性参数，其抑制原理和抑制过程简单，能够有效提升抑制速度和抑制效果。
本发明的又一目的是提供一种有功功率振荡快速消除装置，通过调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，以引入互阻尼的方式快速削弱PCC连接点的有功功率振荡能量，其对电网系统的电能质量要求较低，适用于不同类型的电网系统，且抑制过程无需修改虚拟同步发电机的惯性参数，其抑制原理和抑制过程简单，能够有效提升抑制速度和抑制效果。
本发明的再一目的是提供一种存储介质，通过调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，以引入互阻尼的方式快速削弱PCC连接点的有功功率振荡能量，其对电网系统的电能质量要求较低，适用于不同类型的电网系统，且抑制过程无需修改虚拟同步发电机的惯性参数，其抑制原理和抑制过程简单，能够有效提升抑制速度和抑制效果。
为了实现上有目的，本发明公开了一种有功功率振荡快速消除方法，适于快速消除两台并联的虚拟同步发电机与电网侧之间PCC连接点的有功功率振荡，所述有功功率振荡快速消除方法包括如下步骤：
S1、监测所述PCC连接点的有功功率振荡；
S2、若所述PCC连接点的有功功率振荡幅度大于预设振荡阈值，则调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量。
与现有技术相比，本发明通过调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，以引入互阻尼的方式快速削弱PCC连接点的有功功率振荡能量，其对电网系统的电能质量要求较低，适用于不同类型的电网系统，且抑制过程无需修改虚拟同步发电机的惯性参数，其抑制原理和抑制过程简单，能够有效提升抑制速度和抑制效果。
较佳地，所述步骤(2)中，调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，具体包括：
S21、采集所述PCC连接点的电压值和计算所述PCC连接点的角频率值；
S22、依据所述PCC连接点的电压值和角频率值计算所述电网系统的互阻尼损耗功率；
S23、依据所述电网系统的互阻尼损耗功率调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数。
较佳地，所述步骤(22)具体包括：
S221、依据下述公式计算所述电网系统的互阻尼损耗功率：
TD＝D*(ωpcc-ω) 公式(1)，
其中，ωpcc是所述PCC连接点的角频率，ω是本地虚拟同步发电机的内部角频率，D是互阻尼系数。
较佳地，所述步骤(2)进一步包括：
S201、调整所述虚拟同步发电机的虚拟电抗以消除所述PCC连接点的有功功率振荡激励。
较佳地，所述步骤(201)具体包括：
S2011、调整所述虚拟同步发电机的虚拟电抗和内部电势参考值，以使两所述虚拟同步发电机同时满足公式：
Figure BDA0002915053710000031
其中，E1和E2分别是两所述虚拟同步发电机的内部电势，J1和J2分别是两所述虚拟同步发电机的转动惯量参数，Xt1和Xt2分别是两所述虚拟同步发电机端口到所述PCC连接点的线路电抗，Rt1和Rt2分别是两所述虚拟同步发电机端口到所述PCC连接点的线路电阻。
较佳地，所述虚拟同步发电机的虚拟电抗依据下述公式计算获得：
Figure BDA0002915053710000041
Figure BDA0002915053710000042
其中，ea、eb和ec分别是所述虚拟同步发电机初始输出电压参考；eα和eβ分别是静止坐标系中的α轴和β轴的电压分量；ia、ib和ic分别是所述虚拟同步发电机的输出电流；iα和iβ分别是静止坐标系中的α轴和β轴的电流分量；ω是所述虚拟同步发电机的内部运行频率；Lvs是所述虚拟同步发电机的拟增加的虚拟电抗；eoa、eob和eoc分别是所述虚拟同步发电机的实际的输出电压参考。
较佳地，所述步骤(2)之后还包括：
S3、依据所述虚拟同步发电机的虚拟电抗和所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数，获得所述虚拟同步发电机的参考电压；
S4、依据所述参考电压调整所述虚拟同步发电机的输出电压。
较佳地，所述虚拟同步发电机的参考电压依据下述公式获得：
Figure BDA0002915053710000043
其中，Te是所述虚拟同步发电机的电磁转矩，Mfif是由所述虚拟同步发电机的无功环计算得出的励磁系数，θ是所述虚拟同步发电机内电势的相位角，Q是所述虚拟同步发电机输出的无功功率，eoa、eob和eoc分别是所述虚拟同步发电机输出端口电压的ABC三相瞬时电压值，ia、ib和ic分别是所述虚拟同步发电机输出端口电流的三相瞬时值，ω是所述虚拟同步发电机的内部角频率。
较佳地，所述虚拟同步发电机包括：三相桥式逆变器模块、电压电流采样模块、中央控制器模块、PWM驱动模块以及开关模块，所述三相桥式逆变器模块用于将直流侧的直流电调制成为SPWM波后经LC滤波器转化为工频的交流电；所述电压电流采样模块用于采集所述三相桥式逆变器模块、电网侧的电压信号和电流信号，并将采集到的电压信号和电流信号进行转换处理，以供所述中央控制器模块能够识别、调用；所述中央控制器模块用于依据所述三相桥式逆变器模块、电网侧的电压信号和电流信号生成PWM参考信号；所述PWM驱动模块用于依据所述PWM参考信号控制开关模块的通断，以控制所述三相桥式逆变器模块与电网侧之间的通断。
相应地，本发明还公开了一种有功功率振荡快速消除装置，其包括：
监测单元，用于监测所述PCC连接点的有功功率振荡；
判断单元，用于判断所述PCC连接点的有功功率振荡幅度与预设振荡阈值的差值；
第一调整单元，用于调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量。
相应地，本发明还公开了一种存储介质，用于存储计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的有功功率振荡快速消除方法。
附图说明
图1是本发明的有功功率振荡快速消除方法的流程框图；
图2是本发明的有功功率振荡快速消除方法的控制框图；
图3是图2中PCC连接点的角频率的计算框图；
图4是本发明的虚拟同步发电机与电网的结构示意图；
图5是本发明的有功功率振荡快速消除装置的结构框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1-图4所示，本实施例的有功功率振荡快速消除方法，适于快速消除两台并联的虚拟同步发电机100与电网侧之间PCC连接点的有功功率振荡。PCC连接点的有功功率振荡的产生主要由电网侧的负载用电波动及并联的虚拟同步发电机100之间输出功率调整引起的波动。
所述有功功率振荡快速消除方法包括如下步骤：
S1、监测所述PCC连接点的有功功率振荡。
当电网系统形成有上述振动时，会在PCC连接点快速体现该有功功率振荡，有功功率振荡会影响电网系统的稳定性，通过监测PCC连接点的有功功率振荡，可以实时获取电网系统的振荡情况。
S2、若所述PCC连接点的有功功率振荡幅度大于预设振荡阈值，则调整所述虚拟同步发电机100之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量。
可以理解的是，通过将实时获得的PCC连接点的有功功率振荡与前一时刻的PCC连接点的有功功率振荡进行作差处理，可获得PCC连接点的当前时刻的有功功率振荡幅度，以即时发现电网系统的振荡波动。
较佳地，所述步骤(2)中，调整所述虚拟同步发电机100之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，具体包括：
S21、采集所述PCC连接点的电压值和计算所述PCC连接点的角频率值。
具体地，采集PCC连接点的瞬时电压，通过SOGI-PLL算法计算得到PCC连接点的角频率。
S22、依据所述PCC连接点的电压值和角频率值计算所述电网系统的互阻尼损耗功率。
S23、依据所述电网系统的互阻尼损耗功率调整所述虚拟同步发电机100之间的互阻尼参数。
较佳地，所述步骤(22)具体包括：
S221、依据下述公式计算所述电网系统的互阻尼损耗功率：
TD＝D*(ωpcc-ω) 公式(1)，
其中，ωpcc是所述PCC连接点的角频率；ω是本地虚拟同步发电机100的内部角频率，可通过直接读取本地虚拟同步发电机100的寄存器直接获得；D是互阻尼系数，不同运行状态的虚拟同步发电机100的互阻尼系数存在差异。
可以理解的是，由于互阻尼的方式是通过增大阻抗来快速削弱振荡能量，因此，该方式能够快速削弱由电网侧的负载用电波动及并联的虚拟同步发电机100之间输出功率调整引起的波动。因此，当PCC连接点一直存在有功功率振荡时，可以恒使互阻尼作用以恒抑制该有功功率振荡。
较佳地，所述步骤(2)进一步包括：
S201、调整所述虚拟同步发电机100的虚拟电抗以消除所述PCC连接点的有功功率振荡激励。
较佳地，所述步骤(201)具体包括：
S2011、调整所述虚拟同步发电机100的虚拟电抗和内部电势参考值，以使两所述虚拟同步发电机100同时满足公式：
Figure BDA0002915053710000071
其中，E1和E2分别是两所述虚拟同步发电机100的内部电势，J1和J2分别是两所述虚拟同步发电机100的转动惯量参数，Xt1和Xt2分别是两所述虚拟同步发电机100端口到所述PCC连接点的线路电抗，Rt1和Rt2分别是两所述虚拟同步发电机100端口到所述PCC连接点的线路电阻。
较佳地，所述虚拟同步发电机100的虚拟电抗依据下述公式计算获得：
Figure BDA0002915053710000081
Figure BDA0002915053710000082
其中，ea、eb和ec分别是所述虚拟同步发电机100初始输出电压参考；eα和eβ分别是静止坐标系中的α轴和β轴的电压分量；ia、ib和ic分别是所述虚拟同步发电机100的输出电流；iα和iβ分别是静止坐标系中的α轴和β轴的电流分量；ω是所述虚拟同步发电机100的内部运行频率；Lvs是所述虚拟同步发电机100的拟增加的虚拟电抗；eoa、eob和eoc分别是所述虚拟同步发电机100的实际的输出电压参考。
由于由电网侧的负载用电波动引发的有功功率振荡一般较大，为了进一步确保抑制速度和抑制效果，本发明进一步通过虚拟阻抗对由电网侧的负载用电波动引发的有功功率振荡进行抑制。通过调整虚拟电抗Lvs1和Lvs2的值，可以使电网系统满足公式(3)和公式(4)的条件，进而可以实现瞬时功率均分和振荡激励有效抑制。
增加虚拟电抗后，该电网系统将具有以下优点：保证线路电抗远大于电阻，实现有功和无功功率解耦，其次，瞬时功率不平衡被减弱，从而削弱了功率振荡激励。
较佳地，所述步骤(2)之后还包括：
S3、依据所述虚拟同步发电机100的虚拟电抗和所述虚拟同步发电机100之间的互阻尼参数，获得所述虚拟同步发电机100的参考电压；
S4、依据所述参考电压调整所述虚拟同步发电机100的输出电压。
较佳地，所述虚拟同步发电机100的参考电压依据下述公式获得：
Figure BDA0002915053710000091
其中，Te是所述虚拟同步发电机的电磁转矩，Mfif是由所述虚拟同步发电机的无功环计算得出的励磁系数，θ是所述虚拟同步发电机内电势的相位角，Q是所述虚拟同步发电机输出的无功功率，eoa、eob和eoc分别是所述虚拟同步发电机输出端口电压的ABC三相瞬时电压值，ia、ib和ic分别是所述虚拟同步发电机输出端口电流的三相瞬时值，ω是所述虚拟同步发电机的内部角频率。
较佳地，所述虚拟同步发电机100包括：三相桥式逆变器模块1、电压电流采样模块2、中央控制器模块3、PWM驱动模块4以及开关模块，所述三相桥式逆变器模块1用于将直流侧的直流电调制成为SPWM波后经LC滤波器转化为工频的交流电；所述电压电流采样模块2用于采集所述三相桥式逆变器模块1、电网侧的电压信号和电流信号，并将采集到的电压信号和电流信号进行转换处理，以供所述中央控制器模块3能够识别、调用；所述中央控制器模块3用于依据所述三相桥式逆变器模块1、电网侧的电压信号和电流信号生成PWM参考信号；所述PWM驱动模块4用于依据所述PWM参考信号控制开关模块的通断，以控制所述三相桥式逆变器模块1与电网侧之间的通断。
请参阅图5所示，相应地，本发明还公开了一种有功功率振荡快速消除装置，其包括：
监测单元10，用于监测所述PCC连接点的有功功率振荡；
判断单元20，用于判断所述PCC连接点的有功功率振荡幅度与预设振荡阈值的差值；
第一调整单元30，用于调整所述虚拟同步发电机100之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量。
相应地，本发明还公开了一种存储介质，用于存储计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的有功功率振荡快速消除方法。
结合图1-图5所示，本发明通过调整所述虚拟同步发电机100之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，以引入互阻尼的方式快速削弱PCC连接点的有功功率振荡能量，其对电网系统的电能质量要求较低，适用于不同类型的电网系统，且抑制过程无需修改虚拟同步发电机100的惯性参数，其抑制原理和抑制过程简单，能够有效提升抑制速度和抑制效果。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种有功功率振荡快速消除方法，适于快速消除两台并联的虚拟同步发电机与电网侧之间PCC连接点的有功功率振荡，其特征在于，包括如下步骤：
监测所述PCC连接点的有功功率振荡；
若所述PCC连接点的有功功率振荡幅度大于预设振荡阈值，则调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量。
2.如权利要求1所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，具体包括：
采集所述PCC连接点的电压值和计算所述PCC连接点的角频率值；
依据所述PCC连接点的电压值和角频率值计算所述电网系统的互阻尼损耗功率；
依据所述电网系统的互阻尼损耗功率调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数。
3.如权利要求2所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述依据所述PCC连接点的电压值和角频率值计算所述电网系统的互阻尼损耗功率，具体包括：
依据下述公式计算所述电网系统的互阻尼损耗功率：
TD＝D*(ωpcc-ω)，
其中，ωpcc是所述PCC连接点的角频率，ω是本地虚拟同步发电机的内部角频率，D是互阻尼系数。
4.如权利要求1所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述若所述PCC连接点的有功功率振荡幅度大于预设振荡阈值，则调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，进一步包括：
调整所述虚拟同步发电机的虚拟电抗以消除所述PCC连接点的有功功率振荡激励。
5.如权利要求4所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述调整所述虚拟同步发电机的虚拟电抗以消除所述PCC连接点的有功功率振荡激励，具体包括：
调整所述虚拟同步发电机的虚拟电抗和内部电势参考值，以使两所述虚拟同步发电机同时满足公式：
Figure FDA0002915053700000021
其中，E1和E2分别是两所述虚拟同步发电机的内部电势，J1和J2分别是两所述虚拟同步发电机的转动惯量参数，Xt1和Xt2分别是两所述虚拟同步发电机端口到所述PCC连接点的线路电抗，Rt1和Rt2分别是两所述虚拟同步发电机端口到所述PCC连接点的线路电阻。
6.如权利要求5所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机的虚拟电抗依据下述公式计算获得：
Figure FDA0002915053700000022
Figure FDA0002915053700000031
其中，ea、eb和ec分别是所述虚拟同步发电机初始输出电压参考；eα和eβ分别是静止坐标系中的α轴和β轴的电压分量；ia、ib和ic分别是所述虚拟同步发电机的输出电流；iα和iβ分别是静止坐标系中的α轴和β轴的电流分量；ω是所述虚拟同步发电机的内部运行频率；Lvs是所述虚拟同步发电机的拟增加的虚拟电抗；eoa、eob和eoc分别是所述虚拟同步发电机的实际的输出电压参考。
7.如权利要求1所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述若所述PCC连接点的有功功率振荡幅度大于预设振荡阈值，则调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量，之后还包括：
依据所述虚拟同步发电机的虚拟电抗和所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数，获得所述虚拟同步发电机的参考电压；
依据所述参考电压调整所述虚拟同步发电机的输出电压。
8.如权利要求7所述的有功功率振荡快速消除方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机的参考电压依据下述公式获得：
Figure FDA0002915053700000032
其中，Te是所述虚拟同步发电机的电磁转矩，Mfif是由所述虚拟同步发电机的无功环计算得出的励磁系数，θ是所述虚拟同步发电机内电势的相位角，Q是所述虚拟同步发电机输出的无功功率，eoa、eob和eoc分别是所述虚拟同步发电机输出端口电压的ABC三相瞬时电压值，ia、ib和ic分别是所述虚拟同步发电机输出端口电流的三相瞬时值，ω是所述虚拟同步发电机的内部角频率。
9.一种有功功率振荡快速消除装置，其特征在于，包括：
监测单元，用于监测所述PCC连接点的有功功率振荡；
判断单元，用于判断所述PCC连接点的有功功率振荡幅度与预设振荡阈值的差值；
第一调整单元，用于调整所述虚拟同步发电机之间的互阻尼参数以消除所述PCC连接点的有功功率振荡能量。
10.一种存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，其特征在于：所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的有功功率振荡快速消除方法。
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