一种基于虚拟同步发电机的预同步并网方法与流程

本发明属于逆变器并网，具体涉及一种基于虚拟同步发电机的预同步并网方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出，电网中风电、光伏等可再生新能源占比也逐步增多，大量分布式新能源经逆变器接入电网，提升相应速度和控制灵活性的同时，也导致电网电压和频率的支撑能力的降低。为此，相关研究将下垂控制、虚拟同步发电机(vsg)等方法引入逆变器控制技术，以增强新能源并网频率及电压的稳定性。vsg使得逆变器具备同步发电机的外特性，从而为电网提供惯性和阻尼，有功、无功为电网提供频率、电压的支撑。vsg还具有电压源的输出特性，由于公共耦合点(point ofcommon coupling，pcc)处阻抗很小，pcc两侧存在电压差时，会产生较大冲击电流，引起功率振荡，甚至并网失败。因此，并网前需要通过预同步，使得逆变器输出电压与电网电压相位、频率、幅值相同，以保证平滑并网和新能源电力系统的安全稳定运行。

2、目前，业内存在多种相位预同步策略，其中以锁相环的应用最为普遍。锁相环预同步通过检测过零点电网电压的相位，将电网电压的相位信息用于输出电压的坐标变换，从而实现两者的相位同步，但锁相环不稳定，容易与其他控制环产生动态交互作用，降低系统同步稳定性。

3、有学者还提出虚拟功率预同步，假设pcc点存在虚拟阻抗，计算其虚拟有功功率得到vsg角频率补偿值，此方法虽然未使用锁相环，但需要对虚拟阻抗进行合理假设。此外，还有通过控制三相虚拟冲击电流矢量和为0的虚拟冲击电流预同步，输出频率变化量完成预同步，由于涉及矢量叠加，计算较为繁琐。

技术实现思路

1、针对现有逆变器预同步并网方案存在的不足，本发明提出一种基于虚拟同步发电机的预同步并网方法，vsg由离网模式向并网模式切换时，vsg输出电压与电网电压相位、频率相同，减小并网瞬间的电流冲击和电压畸变，提高并网稳定运行后的电能质量。

2、本发明保护一种基于虚拟同步发电机的预同步并网方法，包括以下步骤：

3、步骤1，采集vsg控制的逆变器电网电压ugabc和输出电压uabc；

4、步骤2，利用sogi自适应滤波器对电网电压ug进行滤波，然后对滤波后的电网电压以及输出电压进行clark变换，用矩阵表示为其中ua、ub、uc分别为逆变器输出电压uabc的三相分量，ia、ib、ic分别为逆变器输出电流iabc的三相分量，uga、ugb、ugc分别为电网电压ugabc的三相分量，tαβ为等功率/等幅值的clark变换矩阵，uα、uβ分别为逆变器输出电压在αβ坐标系下的两个分量，iα、iβ分别为逆变器输出电流在αβ坐标系下的两个分量，ugα、ugβ分别为电网电压在αβ坐标系下的两个分量；

5、步骤3，通过pi调节控制uβugα-uαugβ＝0，得到预同步角频率补偿量δω；

6、步骤4，将预同步角频率补偿量δω与电网基波角频率ω0、vsg输出角频率dω叠加得到输出电压角频率ω，即ω＝ω0+dw+δω；

7、步骤5，对输出电压角频率ω积分，得到输出电压相位θ，进而得到输出电压参考值um sinθ，其中um为电网电压幅值；

8、步骤6，输出电压参考值um sinθ经过park变换输入电压电流双闭环pid控制器，通过pi调节跟踪输出电压参考值um sinθ，得到调制波信号，再与载波信号比较输出pwm波，控制逆变器三桥臂并联的igbt通断，实现逆变器输出电压的调节。

9、进一步的，sogi自适应滤波器的传递函数为

10、

11、

12、其中，v′和qv′为两个相互正交的信号，v′超前qv′相位90°，k为阻尼系数，v为输入的电网电压信号，为电网电压频率。

13、本发明还保护一种基于上述预同步并网方法进行并网的并网逆变器。

14、本发明公开的预同步并网方法基于无功功率计算原理，利用输出无功功率为0时，输出电压与输出电流同相位的原理，将无功功率计算表达式中的输出电流替换为电网电压，利用pi调节控制替换后的无功功率计算表达式为0，此时有输出电压与电网电压同相位，从而完成预同步。整个预同步并网过程规避了锁相环的使用，仅需一个pi控制，简化了控制结构，使得控制结构更简单，算法性能更好，提高了系统的同步稳定性。此外，预同步前添加了sogi滤波，使得预同步不会受电网谐波的干扰，相位同步效果更好。

技术特征：

1.一种基于虚拟同步发电机的预同步并网方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的预同步并网方法，其特征在于，sogi自适应滤波器的传递函数为

3.一种并网逆变器，其特征在于，基于权利要求1所述的预同步并网方法进行并网。

技术总结
本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的预同步并网方法，基于无功功率计算原理，利用输出无功功率为0时，输出电压与输出电流同相位的原理，将无功功率计算表达式中的输出电流替换为电网电压，利用PI调节控制替换后的无功功率计算表达式为0，此时有输出电压与电网电压同相位，从而完成预同步。整个预同步并网过程规避了锁相环的使用，仅需一个PI控制，简化了控制结构，使得控制结构更简单，算法性能更好，提高了系统的同步稳定性；此外，预同步前添加了SOGI滤波，使得预同步不会受电网谐波的干扰，相位同步效果更好。

技术研发人员：尚扬,黄海宏,王李冬,唐倩,魏超,陈世燚,石磊
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司六安供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25