[发明专利]永磁同步发电机组网侧变换器改进下垂控制方法在审

专利信息
申请号: 201510753236.7 申请日: 2015-11-06
公开(公告)号: CN105226720A 公开(公告)日: 2016-01-06
发明(设计)人: 辛征;郜亚秋;张海龙;张黎 申请(专利权)人: 山东建筑大学;山东大学
主分类号: H02J3/38 分类号: H02J3/38;H02J3/16
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人: 张勇
地址: 250101 山东*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 永磁 同步 发电机 组网 变换器 改进 下垂 控制 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于微型电网系统领域,具体涉及一种微电网孤岛运行状态下永磁同步发电机组网侧变换器改进下垂控制方法。

背景技术

微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,它利用现代电力电子技术将风电、光伏、燃料电池和储能设备等并在一起,直接与用户侧相连,可以与外部电网连接并网运行,也可以与外部电网断开孤岛运行。当微电网与外部电网断开运行于孤岛模式时,要求微电网系统能为维持输出电压和频率的稳定。微电网孤岛模式运行时,当微电网中的供电负荷增大时,线路的损耗增加,用户端电压下降,导致供电电压质量降低,为了保证微电网供电电压的质量,需要采取一定的措施解决此问题。

根据传统的发电机的控制思路,通常选择在系统中增加动态无功补偿装置,通过动态无功补偿装置来调节微电网系统的无功电流,提升电网电压幅值同时抑制电网电压的波动,达到提高供电电压的质量和增加系统的稳定性的目的,但是此种方案需要增加新的装置,会给微电网系统带来额外的成本。

通过分析可知,当微电网系统中用户端电压出现降低时,可以采用合理调整微电网中发电单元的的负荷分配来提升用户端电压。根据微电网系统的组成结构可知,可以利用微电网中的电力电子装置模拟传统发电机的频率和电压调节特性来实现,采用下垂控制策略即可实现上述要求。

因风能具有不确定的特点,风力发电机的发电功率由风能决定,微电网孤岛运行时机侧变换器发出的功率和网侧变换器的输出功率有可能不相等,因此需要微电网中的储能单元来协调控制完成系统的功率平衡,为了完成与储能单元的协调控制,在下垂控制基础上,采用改进的平移下垂特性曲线的控制策略,调节风电变换器的下垂控制输出功率,提高了微电网的稳定性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述微电网中存在的电压降低和电压波动问题,提出了一种永磁同步发电机组网侧改进下垂控制方法,根据功率不平衡变化情况,通过调整输出频率值动态平移网侧变换器的下垂特性曲线,调节网侧变换器输出功率,补偿功率差额,保证系统的功率平衡。该方法能够实现微电网孤岛模式运行时,系统功率平衡协调和用户端供电电压质量保证。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种永磁同步发电机组网侧下垂控制方法,包括:

当微电网以孤岛模式运行时,永磁同步发电机组网侧变换器采用下垂控制方式,同时机侧变换器完成直流母线电压值和电机定子电压控制,网侧变换器通过采样获取直流母线电压值、交流电网电压值和电网电流值;根据直流母线电压的变化范围调整下垂控制策略,通过下垂控制输出电压参考值指令和输出频率指令,根据获取的电压参考值指令得到dq坐标系下输出电压参考值,根据输出电压参考值与dq坐标系下的实际电压,计算得到有功电流电流环的指令值和无功电流环指令值;

将采集到的交流电网电流值根据坐标变换获得有功电流环和无功电流环的反馈值,分别根据有功电流电流环和无功电流环的指令值和反馈值,计算输出电压指令,经过坐标变换最终得到输出电压控制网侧变换器的工作。

根据交流电网电压值和交流电网电流值获取永磁同步发电机组输出的有功功率P和无功功率Q;将所述有功功率P和无功功率Q经过低通滤波处理,获取功率的平均值;

根据直流母线电压波动值获取频率调整值,根据频率调整值和下垂控制原理计算得到输出电压参考值指令和输出频率指令。

所述获取永磁同步发电机组输出的有功功率P和无功功率Q的方法为:

将采样得到的交流电网电压值和电网电流值经过Clarke变换和park变换,得到dq坐标系下的电压电流值,根据得到的电压电流值计算有功功率值和无功功率值。

根据直流母线电压波动值获取频率调整值的具体方法为:

假设A为直流母线电压允许波动值,B为直流母线电压极限设定值;

当|udcref-udc|≤A时,系统功率平衡,频率调整值为0;

当|udcref-udc|>A时,采用P控制器,比例环节切入控制,将下垂特性曲线小幅度平移,调节输出功率,保持功率平衡,频率调整值为P控制器输出值;

当|udcref-udc|>B时,采用PI控制器,比例积分环节同时发挥作用,此时频率调整值为PI调节器输出值,此时根据频率调整值大幅平移下垂特性曲线,调节功率平衡,促使直流电压恢复至参考值;

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