虚拟同步发电机带负载并网的控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及虚拟同步发电机带负载并网的控制方法及系统，属于新能源发电中的 控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着当今社会对能源和环境的关注度不断提高，新能源分布式发电技术开始飞速 发展。新能源分布式发电得到的电能往往需要经过逆变过程转化为适合大多数负载使用及 接入电网的工频交流电源。这类分布式能源由于具有独立性，可独立带负载运行，但若直接 接入电网，则会对电网及所带负载产生较大的冲击，影响系统的安全稳定运行。因此，虚拟 同步发电机技术控制方法势在必行。
[0003] 虚拟同步发电机技术的是通过控制算法对逆变器进行控制，改善逆变器的特性， 以实现虚拟同步发电机（以下简称VSG)作为独立电源带载运行和平滑接入电网的功能。与 传统的逆变器控制方法相比，虚拟同步发电机技术的主要优势在于使逆变电源对外表现出 同步发电机的特性，因此可以利用电力系统已有的控制经验对分布式电源的电压及功率进 行调节，降低整体系统的复杂性并提高系统运行的安全性。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的第一个目的在于提出一种虚拟同步发电机带负载并网的控制方 法。
[0006] 本发明第二个目的在于提出一种虚拟同步发电机带负载并网的控制系统。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种虚拟同步发电机带负 载并网的控制方法，包括以下步骤:A:在离网状态下调整虚拟同步发电机的输出功率实现 带负载运行；B:通过预同步模块调整所述虚拟同步发电机的输出电压与电网同步后，将所 述虚拟同步发电机及负载同时接入电网；其中，在步骤B中，进一步包括：B1 :通过所述采集 虚拟同步发电机输出电压及电网侧的电压，计算出每一时刻的虚拟电压差；B2 :根据所述 虚拟电压差计算所述虚拟同步发电机一侧的虚拟电流；B3 :根据所述虚拟电流对所述虚拟 同步发电机的磁通量、虚拟偏转角和实际输出的角速度进行调节；B4 :根据所述磁通量、所 述虚拟偏转角和所述实际输出的角速度调节所述虚拟同步发电机的输出电压，使所述虚拟 同步发电机的输出电压与所述电网电压同步。
[0008] 根据本发明实施例的虚拟同步发电机带负载并网的控制方法，能够提高虚拟同步 发电机并网过程的完善性，确保负载及电网均可稳定运行。
[0009] 另外，根据本发明第一方面实施例的预同步的虚拟同步发电机带负载并网的控制 方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0010] 进一步地，在步骤A中，在离网状态下，设定所述虚拟同步发电机的有功功率和无 功功率均为零。
[0011] 进一步地，在步骤B1中，所述虚拟电压差AV的计算公式为：
[0012] AV(s) = E(s)-Vg(s)
[0013] 其中，E(s)为所述虚拟同步发电机的输出电压，Vg(s)为电网电压；
[0014] 在步骤B2中，所述虚拟电流Is(s)的计算公式为：
[0015]
[0016] 其中，Ls+R为虚拟阻抗，s为拉普拉斯算子；
[0017] 在步骤B3中，所述磁通量Mfif、所述虚拟偏转角0和所述实际输出的角速度&的 调节过程为：
[0030]
[0031] 其中，Tm表示所述虚拟同步发电机向所述电网输送的机械转矩，Pset表示所述虚 拟同步发电机向所述电网输送的有功功率值，丄表示所述虚拟同步发电机的额定角速度， &表示比例系数，K1表示积分系数，K为无功调节惯量，A表示所述虚拟同步发电机的参考 角速度，％表示所述虚拟同步发电机的定常阻尼系数，J表示所述虚拟同步发电机的虚拟转 动惯量，Te表示所述虚拟同步发电机输出的电磁转矩，Q表示所述虚拟同步发电机实际输 出的无功功率大小。
[0032] 进一步地，在步骤B4后，还包括步骤C:在并网模式下，调整所述虚拟同步发电机 的所有功功率和无功功率实现所述虚拟同步发电机一侧与所述电网一侧的功率负荷平衡。
[0033] 为了实现上述目的，本发明的第二方面的实施例公开了一种虚拟同步发电机带负 载并网的控制系统，包括：虚拟同步发电机和断路器，所述虚拟同步发电机包括分布式电 源、逆变器，所述分布式电源依次通过所述逆变器和所述断路器与电网连接；还包括预同步 模块，所述预同步模块与所述逆变器连接，所述预同步模块根据采集的电网电压和当前虚 拟同步发电机的电动势之差调整所述虚拟同步发电机一侧的虚拟电流，通过所述虚拟电流 调节所述虚拟同步发电机的磁通量、虚拟偏转角和实际输出的角速度，进而调节所述虚拟 同步发电机的电动势，使采集的所述电网电压与调整后的所述虚拟同步发电机的电动势之 差小于一个预设值后，连接断路器使所述虚拟同步发电机带负载进入电网。
[0034] 根据本发明实施例的虚拟同步发电机带负载并网的控制系统，能够提高虚拟同步 发电机并网过程的完善性，确保负载及电网均可稳定运行。
[0035] 另外，根据本发明第二方面实施例的虚拟同步发电机带负载并网的控制系统，还 可以具有如下附加的技术特征：
[0036] 进一步地，在所述逆变器和所述断路器之间还连接有LCL滤波器。
[0037] 进一步地，所述预同步模块还用于在所述虚拟同步发电机接入电网后，根据电网 侧的需求调整所述虚拟同步发电机的有功功率和无功功率，实现所述虚拟同步发电机一侧 与所述电网一侧的功率负荷平衡。
[0038] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0039] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0040] 图1为本发明待并网的带负载虚拟同步发电机的拓扑结构示意图；
[0041] 图2为本发明的控制方法的整体流程框图；
[0042] 图3是本发明本地负载的电压波形图；
[0043] 图4是本发明虚拟同步发电机输出的有功功率波形图；
[0044] 图5是本发明虚拟同步发电机输出的无功功率波形图；
[0045] 图6是本发明虚拟电压差波形图。
【具体实施方式】
[0046] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0047] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0048] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0049] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0050] 以下结合附图描述根据本发明实施例的。
[0051] 图1为本发明待并网的带负载虚拟同步发电机的拓扑结构示意图。请参考图1，预 同步的虚拟同步发电机带负载并网的控制系统包括分布式电源、逆变器、LCL滤波器、负载 和断路器。分布式电源首先通过逆变器后变成交流电，然后通过LCL滤波器进行滤波，再然 后接入负载，最后通过断路器与电网连接。
[0052] 图2为本发明的控制方法的整体流程框图。请参考图2,确定VSG额定角速度丄， 即电压频率，并给出VSG向电网输送的有功功率值Pset以及无功功率值Qset，在离网状态 下，该有功及无功功率值应设定为零，需采集的信息为电网电压Vg，以及VSG向电网输出的 电流ig。各变量间关系如下：
[0068] 其中Tm表示向电网输送的机械转矩，Te为VSG输出的电磁转矩，e为感应电动势 即VSG输出电压，Q为实际输出的无功功率大小，Dp为定常阻尼系数，J为VSG的虚拟转动 惯量，&表示比例系数