[发明专利]一种基于相位前馈的虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于相位前馈的虚拟同步发电机控制方法，包括以下步骤：1)前馈量计算，将虚拟同步发电机的输出频率ω减去电网额定频率ω_ref，得到两者频率差Δω，将Δω乘以前馈系数k_ω得到补偿量θ_c；2)下垂控制部分，根据虚拟同步机的输出有功功率参考指令P_ref与频率差Δω计算得到虚拟同步机的模拟机械功率P_m；3)模拟转子机械方程部分，根据P_m与实际输出有功功率P_e计算得到输出频率ω；4)将输出频率ω积分后加上相位前馈控制补偿量θ_c得到虚拟同步发电机的输出相位θ；5)将步骤4)中得到的相位θ作为dq坐标变换相位，对无功环得到的dq坐标电压指令值v^*_dq进行dq坐标变换得到abc坐标下的三相电压调制信号v^*_abc，调制信号经过PWM调制器得到开关网络的控制信号，进而用于驱动开关网络。

技术领域

本发明属于电力电子技术中的虚拟同步电机控制领域，具体涉及一种基于相位前馈的虚拟同步发电机控制方法。

背景技术

以风力、光伏为主的可再生新能源发电主要是以电力电子变流器作为并网接口，其具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足，尤其目前并网变流器往往是以电流源模式并网，这些与传统能源所采用的同步发电机在外特性上具有显著差别。现在随着分布式可再生能源渗透率的不断提高，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少，使得系统频率波动性增加，电能质量变差，严重时危及系统的频率稳定性，对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战，这严重限制了新能源的并网容量。为了充分发挥分布式能源的优势，减弱分布式电源对配电网和传输网的影响，让电网消纳更多地分布式能源，分布式电源必须参与配电网和传输网的调频和调压过程，分布式电源潜在辅助服务必须被充分挖掘，分布式电源必须向电网提供必要的辅助服务。

虚拟同步发电机是近年来提出的一种适合新能源广泛接入的并网控制策略，它通过模拟传统同步发电机的外特性，因此可以使并网变流器像传统同步发电机一样向电网提供惯性和一次调频调压功能。根据众多学者的共识，并网变流器模拟同步电机特性是未来并网变流器控制的趋势。

虚拟同步发电机控制策略通过下垂控制实现对有功功率的控制，稳态时输出的有功功率按照下垂系数分配。此外，虚拟同步发电机控制策略通过虚拟惯性控制策略来增强电网频率的稳定性，但虚拟惯性控制会引起功率的震荡，严重影响系统的稳定运行。传统的虚拟同步发电机控制策略通过引入阻尼系数来抑制功率震荡，但引入阻尼后系统响应变慢。同时，阻尼系数的存在改变了有功下垂系数的大小，有功功率不再按照下垂系数分配，其误差大小与阻尼系数成正比。

发明内容

本发明的目的是针对现有虚拟同步电机技术存在的抑制功率会降低系统响应速度以及影响下垂控制而引起稳态误差的缺陷，提供了一种基于相位前馈的虚拟同步发电机控制方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

一种基于相位前馈的虚拟同步发电机控制方法，包括以下步骤：

1)前馈量计算，将虚拟同步发电机的输出频率ω减去电网额定频率ω_ref，得到两者频率差Δω作为前馈控制的采集量，将频率差Δω乘以前馈系数k_ω得到前馈控制的补偿量θ_c；

2)下垂控制部分，根据虚拟同步发电机的输出有功功率参考指令P_ref与虚拟同步发电机的输出频率ω与电网额定频率ω_ref的频率差Δω计算得到虚拟同步发电机的模拟机械功率P_m；

3)模拟转子机械方程部分，根据虚拟同步发电机的模拟机械功率P_m与实际输出有功功率P_e计算得到虚拟同步发电机的输出频率ω；