一种基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可再生能源及分布式发电系统并网研宄技术领域，具体涉及一种基于 虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法。
【背景技术】
[0002] 自上世纪70年代以来，能源与环保逐渐成为世界主流关注的焦点之一。随着能 源消耗的不断增加及其传统能源的不断减少，新能源的发展引起了全社会的广泛关注及推 动，其中，光伏发电及风力发电具有便于大规模利用和较低的成本的优点，因而在近年来获 得了迅猛的发展。
[0003] 然而基于现有控制方式下新能源发电设备的稳定运行依赖于强电网，而我国大规 模新能源多处于电网末端，电网强度较弱，主要表现为同步电源少、输电线路长，导致新能 源并网点电压幅值及频率易受有功、无功功率的影响，从而影响新能源发电设备的稳定运 行，进而影响电网的稳定。近年来有学者提出虚拟同步发电机技术（VSG)，即改进现有新能 源发电并网逆变器控制策略，附加储能装置，模拟常规同步发电机组特性，使其具有惯性、 同步/阻尼转矩、电压及频率下垂调节特性、平滑新能源出力及抑制功率波动。
[0004] 现有虚拟同步发电机控制方法均需要设计锁相环检测电网频率实现阻尼转矩及 有功功率-频率下垂控制，增加了控制复杂度，同时电网频率的检测误差将引起有功功率 参考值及实际有功输出误差，较大的有功输出误差可能使电网频率偏移，不利于频率的稳 定性。
[0005] 以下给出检索的相关文献：
[0006] [1]JDriesen,KVisscher.VirtualSynchronousGenerators[A].In2008IEEE PowerandEnergySocietyGeneralMeeting-ConversionandDeliveryofElectrical Energyinthe21stCentury[C]. 2008 ： 1一3.
[0007] [2]TomLoix.ParticipationofInverter-connectedDistributedEnergy ResourcesinGridVoltageControl. [D].Leuven:KatholiekeUniversiteit. 2011.
[0008] [3]Q.C.Zhong,G.Weiss,Synchronverter:InvertersthatMimicSynchronous Generators,IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2011，58(4)，Page (s) : 1259 - 1267.
[0009] [4]FangGao,M.RezaIravani.AControlStrategyforaDistributed GenerationUnitinGrid-ConnectedandAutonomousModesofOperation,IEEE TransactionsonPowerDelivery,2008,23 (2),Page(s):850 - 859.
【发明内容】
[0010] 为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于虚拟同步发 电机技术的逆变器并网控制方法，该控制方法无需锁相环检测电网就能实现阻尼转矩及有 功功率-频率下垂控制，简化了控制结构，避免频率检测误差引起的扰动，增强了电网的稳 定性。
[0011] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0012] 一种基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法，包括以下步骤：
[0013] 1)模拟常规同步发电机组有功功率控制方法，计算获得并网逆变器相电压相位 值；
[0014] 2)模拟常规同步发电机组无功功率控制方法，计算获得并网逆变器相电压幅度 值；
[0015] 3)根据步骤1)和步骤2)获得的逆变器相电压相位值及逆变器相电压幅度值计算 出三相电压参考值，再根据检测得到的直流侧电压Ud。计算出三相调制波，将三相调制波与 载波比较得到六个开关信号，控制主电路中开关器件的关断和导通。
[0016] 步骤1)所述并网逆变器相位值的计算具体操作步骤如下：
[0017] 步骤一，设定VSG角频率参考值wMf，以VSG角频率w作为频率反馈，由式（1)计算 电磁转矩参考值MMf;
【主权项】
1. 一种基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 模拟常规同步发电机组有功功率控制方法，计算获得并网逆变器相电压相位值； 2) 模拟常规同步发电机组无功功率控制方法，计算获得并网逆变器相电压幅度值； 3) 根据步骤1)和步骤2)获得的逆变器相电压相位值及逆变器相电压幅度值计算出三 相电压参考值，再根据检测得到的直流侧电压Ud。计算出三相调制波，将三相调制波与载波 比较得到六个开关信号，控制主电路中开关器件的关断和导通。
2. 根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法，其特征在 于，步骤1)所述并网逆变器相位值的计算具体操作步骤如下： 步骤一，设定VSG角频率参考值wMf，以VSG角频率w作为频率反馈，由式（1)计算电磁 转矩参考值MMf; Mref=(wref-w)Kp+M〇 (1) 其中，Kp为阻尼系数，M^为初始转矩； 步骤二，根据测量得到的三相电流ia、ib、i。及三相电压ea、eb、e。，计算输出的有功功率Pel，再利用VSG角频率w，通过式⑵计算电磁转矩反馈Mel:
步骤三，将t时刻的VSG角频率加速度#经过一阶惯性环节处理，如式（3)，得到阻尼 转矩AM;
其中，Kd为阻尼系数，Td为时间常数，s表示拉普拉斯算子； 步骤四，利用步骤一得到的电磁转矩参考值Mref，步骤二得到的电磁转矩反馈Mel及步 骤三得到的阻尼转矩AM，按照式（4)计算得到t'时刻VSG角频率加速度
其中，J为虚拟转动惯量； 步骤五，将VSG角频率加速度进行积分，得到角频率w，再将角频率w进行积分，得 到逆变器相电压相位0。
3. 根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法，其特征在 于，步骤2)所述并网逆变器相电压幅度值的计算具体操作如下： 步骤一，设定电压幅度参考值vMf，检测并网点电压幅度v"p，按照式（5)计算无功参考 值Qref: Qref-(Vref_Vamp)D(j+Q0 (5) 其中，Dq为无功下垂系数，Q^为初始无功值； 步骤二，根据三相电流及三相电压计算输出的无功Q，将步骤一得到的无功参考值Q,ef 减去输出的无功Q，得到无功误差AQ，将无功误差AQ进行积分后再乘以积分系数KQ，得到 相电压幅度Ep
【专利摘要】本发明公开了一种基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网控制方法，属于分布式发电系统并网研究领域。所用技术方案为：模拟常规同步发电机组有功功率控制方法计算获得并网逆变器相电压相位值；模拟常规同步发电机组无功功率控制方法计算获得并网逆变器相电压幅度值；根据逆变器相电压相位值及逆变器相电压幅度值计算出三相电压参考值，再根据检测得到的直流侧电压计算出三相调制波，将三相调制波与载波比较得到六个开关信号，控制主电路中开关器件的关断和导通。发明利用自身控制环节信号来实现系统阻尼及有功功率-频率下垂控制，无需检测电网频率。该方法简化了控制结构，避免了频率检测环节引起的问题。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
【IPC分类】H02J3-40
【公开号】CN104578173
【申请号】CN201510039155
【发明人】刘进军, 佘洪伟, 刘增, 周思展
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月26日