应用于虚拟同步发电机的离并网控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气控制领域，特别涉及一种应用于虚拟同步发电机的离并网控制方 法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着世界能源问题的日益突出，分布式电源和微电网越来越多的得到关注。微电 网的输出大多都为直流，因此需要通过并网逆变器接入配电网，但是常规的控制策略给配 电网和微电网安全稳定运行带来了挑战。采用虚拟同步发电机技术的微网逆变器叫做虚拟 同步发电机。虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG)需要运行在两种模 式下，并网和离网并联运行。
[0003] 不同于传统同步发电机，微电网具有离网和并网两种运行模式，需要对于这两种 模式而制定对应的离/并网、并/离网模式间的切换策略。例如离/并网切换时，当虚拟 同步机处于离网运行之后，由于电压和频率的调节作用，其运行电压的幅值和频率与电网 的实际值之间会出现一定的偏差，随着时间的累积，会使得微电网的电压和电网电压之间 的幅值和相位出现偏差，微电网电压和电网之间的电压的频率和相位不同步时切换可能会 产生大的并网冲击电流，即在不适合的并网时刻将微电网投入电网可能会引起较大的冲击 电流，无法实现稳定的无缝切换控制，可能会导致离/并网失败，甚至导致更严重的电网事 故。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对利用无法实现并网与离网之间的稳定无缝切换问题，提供一 种能使并网与离网之间的稳定切换的应用于虚拟同步发电机的离/并网控制方法及系统。
[0005] -种应用于虚拟同步发电机的离/并网切换控制方法，包括以下步骤：
[0006] 建立虚拟同步发电机的机械方程和电磁方程；
[0007] 获取电网电压以及所述虚拟同步发电机的机端电压；
[0008] 根据所述电网电压以及所述虚拟同步发电机的机端电压，获取所述电网电压与所 述虚拟同步发电机的机端电压的差值；
[0009] 根据所述电网电压与所述虚拟同步发电机的机端电压的所述差值、所述电磁方程 以及不确定因子，计算电压误差；
[0010] 根据所述电网电压与所述虚拟同步发电机的机端电压的所述差值以及所述电压 误差，设计滑模面；
[0011] 根据所述电压误差以及所述滑模面，利用快速终端滑模控制算法，控制所述虚拟 同步机的机端电压与所述电网电压之间的所述差值减小，并计算所述差值减小后的相应的 电压误差；
[0012] 当所述电压误差处于预设的离/并网切换误差范围时，对所述虚拟同步发电机进 行离/并网切换。
[0013] 本发明还提供一种应用于虚拟同步发电机的离/并网切换控制系统，包括：
[0014] 第一建立模块，用于建立虚拟同步发电机的机械方程和电磁方程；
[0015] 第一获取模块，用于获取电网电压以及所述虚拟同步发电机的机端电压；
[0016] 第二获取模块，用于根据所述电网电压以及所述虚拟同步发电机的机端电压，获 取所述电网电压与所述虚拟同步发电机的机端电压的差值；
[0017] 计算模块，用于根据所述电网电压与所述虚拟同步发电机的机端电压的所述差 值、所述电磁方程以及不确定因子，计算电压误差；
[0018] 设计模块，用于根据所述电网电压与所述虚拟同步发电机的机端电压的所述差值 以及所述电压误差，设计滑模面；
[0019] 控制模块，用于根据所述电压误差以及所述滑模面，利用快速终端滑模控制算法， 控制所述虚拟同步机的机端电压与所述电网电压之间的所述差值减小，并计算所述差值减 小后的相应的电压误差；
[0020] 切换模块，用于当所述电压误差处于预设的离/并网切换误差范围时，对所述虚 拟同步发电机进行离/并网切换。
[0021] 上述应用于虚拟同步发电机的离并网控制方法及系统，通过获取电网电压与虚拟 同步发电机的机端电压的差值，根据电网电压与虚拟同步发电机的机端电压的差值、电磁 方程以及不确定因素项，计算电压误差，根据电网电压与虚拟同步发电机的机端电压的差 值以及电压误差，设计滑模面，再根据电压误差以及滑模面，利用快速终端滑模控制算法， 控制虚拟同步机的机端电压与电网电压之间的差值减小，当电压误差处于预设的离/并网 切换误差范围时，对虚拟同步发电机进行离/并网切换。通过上述应用于虚拟同步发电机 的离并网控制方法及系统，由于对虚拟同步机的机端进行离/并网的切换时，虚拟同步机 的机端电压与电网电压之间基本同步，不会产生较大的冲击电流，能实现虚拟同步机能无 缝切换。
【附图说明】
[0022] 图1为一种实施方式的应用于虚拟同步发电机的离/并网控制方法的流程图；
[0023] 图2为虚拟同步发电机控制框图；
[0024] 图3为一种实施方式的应用于虚拟同步发电机的离/并网控制系统的模块图。
【具体实施方式】
[0025] 请参阅图1，提供一种实施方式的应用于虚拟同步发电机的离/并网切换控制方 法，包括以下步骤：
[0026] SlOO :建立虚拟同步发电机的机械方程和电磁方程。
[0027] 利用虚拟同步发电机的机械方程和电磁方程来控制虚拟同步发电机，是基于虚拟 同步发电机并网逆变器具有与传统同步发电机一样的外特性，建立机械方程和电磁方程， 即建立虚拟同步发电机的数学模型。利用虚拟同步发电机技术，采用传统同步发电机电磁 方程来控制并网逆变器，即采用传统同步发电机电磁方程来控制虚拟同步发电机，使得虚 拟同步发电机与传统同步发电机具有相同的外特性，可以提高含虚拟同步发电机的分布发 电系统和微电网的运行性能。
[0028] 相较于传统的同步发电机，电网具有离网和并网两种运行模式，需要对于这两种 模式而制定虚拟同步发电机对应的离/并网、并/离网模式间的切换策略。例如离/并网 切换时，关键在于检测电网电压、电网电压的频率和相位的偏差，在两者不同步时切换可能 会产生大的并网冲击电流。
[0029] 通过建立所述虚拟同步发电机的机械方程，以使虚拟同步发电机实现调频、调压 以及调功率。通过建立虚拟同步发电机的机械方程和电磁方程，即建立了虚拟同步发电机 的数学模型，模拟同步发电机的数学模型，虚拟同步发电机模拟成传统的同步发电机，可以 对虚拟同步发电机进行有功调节、无功调节、电流控制以及离/并网同步控制等功能，才能 知道如何控制虚拟同步发电机的机端电压，以使虚拟同步发电机的机端电压与电网电压之 间的差值在较短时间减小至预设的离/并网切换误差范围内，以实现虚拟同步发电机的机 端电压与电网实现同步，再进行离/并网切换，这样不会产生大的冲击电流。
[0030] S200 :获取电网电压以及虚拟同步发电机机端电压。
[0031] 虚拟同步机的机端电压为变化量，电网电压可以作为参考量，当两者之前的误差 足够小时，即可进行离/并网切换。
[0032] S300 :根据电网电压以及虚拟同步发电机的机端电压，获取电网电压与虚拟同步 发电机的机端电压的差值。
[0033] 电网电压与虚拟同步发电机的机端电压的差值