发明涉及电力系统及电力电子领域,具体涉及一种基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法。
背景技术:
1、随着分布式电源(dg)在电力系统(epss)中所占比例越来越大,电网惯性和阻尼的不足对eps的稳定和运行提出了巨大的挑战。针对这些问题,人们提出了虚拟同步发电机(vsg)的概念。
2、虚拟同步发电机通过模拟同步发电机的惯性和阻尼特性,为电网提供电压和频率支撑。如图1所示为虚拟同步发电机控制的并网系统控制框图,本文将直流侧储能系统用理想电源替代,储能vsg经过滤波电路后汇入大电网。其中,控制电路主要包含有功控制环节、无功控制环节以及电压电流双环控制。同步发电机的反电动势由逆变器输出电压e∠δ表示;pcc为公共接地点,根据pcc点采集到的电压u0与电流i0进行实时功率计算后获得输出功率pe与qe,将所得功率送入vsg主体控制部分,通过与指令功率pref和qref进行比较计算后得出vsg输出电压幅值e与相位θ;j为转动惯量;d为阻尼系数;滤波电感l1和电阻r1等效为同步发电机电感和电阻,c为滤波电容;l2和r2等效为网侧线路的电感和电阻。
3、尽管虚拟同步发电机可以从外特性上完全模拟同步发电机,但由于其具有更宽的频域响应,动态变化过程中会存在同步频率谐振问题。本发明通过建立vsg的小信号模型,得出同步频率谐振产生的原因,并建立了有功环与无功环耦合模型,考虑功率耦合情况下,功角的波动会导致有功和无功功率同时变化,电压幅值的变化也会引起有功与无功同时改变,且不管是有功环还是无功环的振荡,均可以借助耦合通道反馈到另一个环路中,因此,有功功率与无功功率之间的耦合效应会加剧同频谐振现象。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题,本发明提供一种基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,步骤包括:
2、s1.实时监测并获取pcc点的电压电流信息;
3、s2.将s1中的电压电流进行功率计算得到vsg实时并网功率;
4、s3.将s2所得的并网有功与无功功率送入vsg有功环节与无功环节,经有功-功角控制与无功-电压控制后生成指令电压幅值与相位;
5、s4.在vsg有功与无功控制环节中分别对电压相位和幅值进行一定量的补偿,将补偿所得值与s3中的指令值相加,得到新的电压幅值与相位指令值;
6、s5.对s4中新生成的指令电压进行电压电流双环控制,使得vsg输出电压跟随指令值变化;
7、s6.根据s5中双环控制生成的pwm调制信号对vsg输出电压电流进行调控,从而完成对并网点功率振荡的抑制。
8、进一步的,步骤s2所述的计算实时并网功率,其中有功功率为p,无功功率为q,计算公式如下所示:
9、
10、式中ud、uq为vsg输出电压在dq坐标系下的坐标,id、iq为vsg在dq坐标系下的输出电流。
11、进一步的,步骤s3所述的计算vsg生成指令电压幅值e与相位θ,相位θ公式如下:
12、
13、其中ω为系统角频率,j为虚拟转动惯量,d为阻尼系数;
14、
15、其中un为额定电压。
16、进一步的,步骤s3所述vsg有功环节与无功环节,其中有功控制环与无功控制环非耦合的情况下开环传递函数如下:
17、
18、其中为有功-功角控制环节,由有功功率表达式进行小信号建模分析得出;为无功-电压控制环节,由无功功率表达式进行小信号建模分析得出;
19、当有功与无功耦合情况下开环传递函数如下:
20、
21、
22、其中为有功-电压控制环节,由有功功率表达式进行小信号建模分析得出;
23、为无功-功角控制环节,由无功功率表达式进行小信号建模分析得出。
24、进一步的,步骤s4在vsg有功与无功控制环节中分别对电压相位和幅值对施加前馈补偿时,新的有功-功角传递函数为:
25、
26、新的无功-电压传递函数为:
27、
28、进一步的,步骤s4所述的补偿环节的计算推导过程为:
29、为了消除无功环对有功环的影响,则必有:
30、
31、得出有功补偿环节为:
32、为了消除有功环对无功环的影响,则必有:
33、
34、得出无功补偿环节为
35、
36、本发明通过在vsg控制环节中加入交叉前馈补偿环节,实现了vsg并网功率振荡的抑制,实现了vsg控制的并网逆变器的友好并网。
1.基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,其特征在于:步骤包括:
2.根据权利要求1所述的基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,其特征在于步骤s2所述的计算实时并网功率,其中有功功率为p,无功功率为q,计算公式如下所示:
3.根据权利要求1所述的基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,其特征在于:步骤s3所述的计算vsg生成指令电压幅值e与相位θ,相位θ公式如下:
4.根据权利要求1所述的基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,其特征在于:步骤s3所述vsg有功环节与无功环节,其中有功控制环与无功控制环非耦合的情况下开环传递函数如下:
5.根据权利要求1所述的基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,其特征在于:步骤s4在vsg有功与无功控制环节中分别对电压相位和幅值对施加前馈补偿时,新的有功-功角传递函数为:
6.根据权利要求5所述的基于功率动态耦合机理的vsg同步频率谐振抑制方法,其特征在于:步骤s4所述的补偿环节的计算推导过程为: