一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的預(yù)同步控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制方法，具體涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的預(yù)同步控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石類能源的枯竭和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。然而隨著分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比重逐漸增加，分布式發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響不可忽略。為了提升電網(wǎng)對(duì)分布式能源的接納能力，可以采用個(gè)虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，即通過控制使得并網(wǎng)逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性、一次調(diào)頻、一次調(diào)壓及勵(lì)磁調(diào)節(jié)特性，使得分布式電源與同步發(fā)電機(jī)一樣，能主動(dòng)參與到電網(wǎng)的功率調(diào)節(jié)中去，從而提高整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
[0003]圖1為虛擬同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，其包括直流輸入電源Vin，三相逆變橋，LC濾波器。其中vCa，vcb, Vc。為逆變器三相輸出電壓，i La, iLb, iL。為三相逆變器側(cè)電感電流，I ga，igb，Igc為三相逆變器進(jìn)網(wǎng)電流，vga, vgb, Vg。為三相電網(wǎng)電壓。采樣三相輸出電壓和三相進(jìn)網(wǎng)電流18進(jìn)行功率計(jì)算，得到逆變器輸出的有功功率和無功功率，將計(jì)算得到的有功功率和無功功率送入虛擬同步發(fā)電機(jī)控制器中，由虛擬同步發(fā)電機(jī)控制器得到三相調(diào)制波ea，eb，e。，將三相調(diào)制波送入PWM調(diào)制器中，得到逆變器各個(gè)功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0004]圖2為圖1中的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制器的具體控制框圖。圖2的上半部分為有功功率的控制，其中Psrt為有功功率給定，Pe為虛擬同步發(fā)電機(jī)的實(shí)際有功功率，ω η為額定頻率。有功功率控制環(huán)路模擬同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻及慣性環(huán)節(jié)，包含有功(頻率下垂控制(圖2及下文Dp代表頻率下垂系數(shù))和虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣性控制(J代表虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)。圖2的下半部分為無功功率的控制，其中Qsrt為無功功率給定，Qe為虛擬同步發(fā)電機(jī)的實(shí)際無功功率。Vn為額定電壓幅值。無功功率控制環(huán)路模擬同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)壓及電磁關(guān)系，包含無功(電壓下垂控制(電壓下垂系數(shù)為Dq)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制(勵(lì)磁積分增益為l/Κ)。由有功功率控制和無功功率控制得到調(diào)制波e的頻率參考ω、幅值參考E和相位參考Θ。調(diào)制波e通過PWM環(huán)節(jié)控制圖1中各開關(guān)管的通斷來使逆變器輸出三相對(duì)稱電壓。
[0005]然而，圖2僅給出了虛擬同步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的控制框圖，并沒有說明虛擬同步發(fā)電機(jī)從離網(wǎng)到并網(wǎng)的切換過程。需要指出的是，采用圖2所示的控制框圖僅僅使虛擬同步發(fā)電機(jī)在控制上模擬同步發(fā)電機(jī)的外特性，其主電路仍然是由脆弱的電力電子器件組成，與實(shí)際的同步發(fā)電機(jī)相比，其抗過壓過流能力弱。若虛擬同步發(fā)電機(jī)采用傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)拖入同步的方法并入電網(wǎng)，則在并網(wǎng)瞬間沖擊電流過大，會(huì)對(duì)逆變器開關(guān)器件以及磁性元件造成損害。因此需要提供一種預(yù)同步控制策略，使得虛擬同步發(fā)電機(jī)可以友好并網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的預(yù)同步控制方法，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以保證虛擬同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前其輸出電壓的頻率、幅值、相位與電網(wǎng)電壓均相同，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)瞬間沖擊電流小，保證虛擬同步發(fā)電機(jī)逆變器平滑友好并網(wǎng)。
[0007]為了對(duì)披露的實(shí)施例的一些方面有一個(gè)基本的理解，下面給出了簡(jiǎn)單的概括。該概括部分不是泛泛評(píng)述，也不是要確定關(guān)鍵/重要組成元素或描繪這些實(shí)施例的保護(hù)范圍。其唯一目的是用簡(jiǎn)單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細(xì)說明的序言。
[0008]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明提供一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的預(yù)同步控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
[0010](I)獲得三相電網(wǎng)電壓幅值Vg，三相電網(wǎng)電壓頻率ω8和三相電網(wǎng)電壓相角Θ g；
[0011](2)獲得逆變器輸出電壓幅值V。，逆變器輸出電壓頻率ω。和逆變器輸出電壓相角
θ0;
[0012](3)切入頻率反饋積分環(huán)節(jié)；
[0013](4)切入電壓反饋積分環(huán)節(jié)；
[0014](5)切入比例積分調(diào)節(jié)器III ;
[0015](6)閉合并網(wǎng)開關(guān)，使虛擬同步發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)；
[0016](7)切出頻率反饋積分環(huán)節(jié)、電壓反饋積分環(huán)節(jié)與相位調(diào)節(jié)器；緩慢增加虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率參考值Psrt，控制虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出功率緩慢增加；
[0017](8)待虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率參考值Psrt增加至額定值后，將頻率參考基準(zhǔn)從電網(wǎng)電壓頻率《8切換為虛擬發(fā)電機(jī)的額定頻率ω η，電壓參考基準(zhǔn)從Vg切換為額定電壓幅值Vn。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中，通過電壓傳感器得到三相電網(wǎng)電壓vga，Vgb和vg。，利用鎖相環(huán)算法得到三相電網(wǎng)電壓幅值Vg，三相電網(wǎng)電壓頻率Og和三相電網(wǎng)電壓相角Θ g；
[0019]所述步驟(2)中，通過電壓傳感器得到逆變器輸出電壓vCa，vc。，利用鎖相環(huán)算法得到逆變器輸出電壓幅值V。，逆變器輸出電壓頻率ω。和逆變器輸出電壓相角Θ。。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，將虛擬同步發(fā)電機(jī)的頻率參考由額定頻率ωη替換為三相電網(wǎng)電壓頻率og，同時(shí)在有功頻率下垂環(huán)節(jié)中加入頻率反饋積分環(huán)節(jié)，并切入頻率反饋積分環(huán)節(jié)；
[0021]所述頻率反饋積分環(huán)節(jié)為增益K1的積分環(huán)節(jié)，其作為調(diào)節(jié)器的積分部分，利用D ρ作為調(diào)節(jié)器的比例部分，組成比例積分調(diào)節(jié)器I，使得虛擬同步發(fā)電機(jī)的頻率ω能夠無靜差地跟蹤上三相電網(wǎng)電壓頻率《g;所述比例積分控制調(diào)節(jié)器I為電壓調(diào)節(jié)器。
[0022]進(jìn)一步地，所述步驟⑷中，將虛擬同步發(fā)電機(jī)的電壓幅值參考由額定電壓幅值Vn替換為電網(wǎng)電壓的幅值Vg，同時(shí)在無功電壓下垂環(huán)節(jié)中加入電壓反饋積分環(huán)節(jié)，并切入電壓反饋積分環(huán)節(jié)；
[0023]所述電壓反饋積分環(huán)節(jié)為增益K2的積分環(huán)節(jié)，其作為調(diào)節(jié)器的積分部分，利用D ,作為調(diào)節(jié)器的比例部分，組成比例積分調(diào)節(jié)器II，使得虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值E能夠無靜差地跟蹤上電壓電網(wǎng)電壓幅值Vg;所述比例積分控制調(diào)節(jié)器II為電壓調(diào)節(jié)器。
[0024]進(jìn)一步地，所述步驟(5)中，將電網(wǎng)電壓的相角08與逆變器輸出電壓相角Θ。做差，得到相角差Λ Θ，將Λ Θ輸入到比例積分調(diào)節(jié)器III中，將比例積分調(diào)節(jié)器的輸出疊加到虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率中；
[0025]所述比例積分調(diào)節(jié)器III為相位調(diào)節(jié)器，所述相位調(diào)節(jié)器的輸出與頻率調(diào)節(jié)器的輸出頻率之和通過積分得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的相位，以保證虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的相位無靜差地跟蹤電網(wǎng)電壓的相位。
[0026]進(jìn)一步地，所述步驟(6)中，保證虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓與電壓電網(wǎng)電壓頻率相等、幅值相等、相位相同后閉合并網(wǎng)開關(guān)，接入電網(wǎng)。
[0027]進(jìn)一步地，所述虛擬同步發(fā)電機(jī)最初狀態(tài)為Pset= 0，Qset= O, ω r= ω n, Vr= Vn,并網(wǎng)開關(guān)斷開；當(dāng)進(jìn)行所述預(yù)同步控制時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)閉合，虛擬同步發(fā)電機(jī)從離網(wǎng)切換至并網(wǎng)；其中:Psrt表示虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率參考值，Q 表示虛擬同步發(fā)電機(jī)無功功率參考值=0，表示虛擬同步發(fā)電機(jī)頻率參考值，^表示虛擬同步發(fā)電機(jī)電壓幅值參考值。
[0028]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是:
[0029]本發(fā)明在原有虛擬同步發(fā)電機(jī)控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，嵌入預(yù)同步控制算法來實(shí)現(xiàn)預(yù)同步的功能，可以保證虛擬同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前其輸出電壓的頻率、幅值、相位與電網(wǎng)電壓均相同，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)瞬間沖擊電流小，能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)同步，從而實(shí)現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機(jī)的平滑友好并網(wǎng)。
[0030]為了上述以及相關(guān)的目的，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例包括后面將詳細(xì)說明并在權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細(xì)說明某些示例性方面，并且其指示的僅僅是各個(gè)實(shí)施例的原則可以利用的各種方式中的一些方式。其它的益處和新穎性特征將隨著下面的詳細(xì)說明結(jié)合附圖考慮而變得明顯，所公開的實(shí)施例是要包括所有這些方面以及它們的等同。
【附圖說明】
[0031]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0032]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的虛擬同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的虛擬同步發(fā)電控制器控制框圖；
[0034]圖3是本發(fā)明提供的鎖相環(huán)控制框圖；
[0035]圖4是本發(fā)明提供的加入預(yù)同步控制策略后的虛擬同步發(fā)電控制器控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0037]以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。
[0038]本發(fā)明提供基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的預(yù)同步控制方法，采用基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的預(yù)同步控制方法可以保證虛擬同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前其輸出電壓的頻率、幅值、相位與電網(wǎng)電壓均相同，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)瞬間沖擊電流小，保證逆變器平滑友好并網(wǎng)。本發(fā)明采用的硬件電路與現(xiàn)有的虛擬同步發(fā)電機(jī)硬件部分相同，如圖1所示。但是對(duì)控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，在現(xiàn)有的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加入了預(yù)同步控制，如圖4所示。具體改進(jìn)如下:
[0039](I)對(duì)于頻率的調(diào)節(jié)，由于原始的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制結(jié)構(gòu)以頻率下垂系數(shù)％作為比例調(diào)節(jié)器，則頻率調(diào)節(jié)環(huán)路的低頻段增益不夠高，虛擬同步發(fā)電機(jī)的頻率ω不能無靜差地跟蹤上電網(wǎng)頻率COg0因此，作為改進(jìn)，現(xiàn)加入增益為&的積分器(本發(fā)明稱之為頻率反饋積分環(huán)節(jié))作為調(diào)節(jié)器的積分部分，利用％作為調(diào)節(jié)器的比例部分，組成比例積分(proport1n integrat1n，PI)調(diào)節(jié)器I，這樣可使得虛擬同步發(fā)電機(jī)的頻率ω能夠無靜差地跟蹤上電網(wǎng)頻率《g。
[0040](2)對(duì)于電壓幅值的調(diào)節(jié)，由于原始的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制結(jié)構(gòu)以電壓幅值下垂系數(shù)Dq作為比例調(diào)節(jié)器，則電壓幅值調(diào)節(jié)環(huán)路的低頻段增益不夠高，虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值E不能無靜差地跟蹤上電網(wǎng)電壓的幅值\。因此，作為改進(jìn)，現(xiàn)加入增益為1(2的積分器(本發(fā)明稱之為電壓反饋積分環(huán)節(jié))作為調(diào)節(jié)