[发明专利]对称电压暂降下改进的虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明公开了一种对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，属于微网电能质量控制领域。该方法对于电网中出现的对称电压暂降故障引起的过流现象，在无功‑电压调节控制环中选取给定的电压幅值E₀和电网电压值U相同来保证电网电压暂降过程中故障电流在合理范围内；在有功‑频率控制结构中，将恒定的给定功率值改进为根据电网电压变化而变化的自适应值，从而减小了由于需求功率和VSG输出功率不平衡之间引起的突增电流。同时给出了无功功率参考值的整定方法，以VSG最大的能力向电网提供无功支撑，有利于电网电压的恢复。本发明弥补了虚拟同步发电机在电网故障时控制策略方面的空白，提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，属于微网电能质量控制领域。

背景技术

由于转动部件的存在，传统的同步发电机具有转动惯量，当电网发生故障的情况下，同步发电机能够将储存在转动部件中的动能释放到电网中，从而保证电网的稳定性。但是，由于分布式电源的渗透率逐渐上升，不具备阻尼和惯性的传统逆变器成为其接入电网的主要接口，电网调压调频特性需求难以达到要求，这给电网的安全稳定运行带来了不利影响。

近年来，一种新的逆变器控制方法，虚拟同步发电机控制策略受到国内外学者的广泛关注。其基本思想通过控制方法将逆变器输出特性模拟成同步发电机的运行特性，从而使得由电力电子器件组成的并网逆变器也具有阻尼和惯性，提升了逆变器抑制干扰的能力，增加了电力系统的稳定性。

但是，目前关于虚拟同步发电机在电网异常情况下的控制策略研究还相对较少。在实际电力系统实际运行过程中常出现电压暂降、三相不平衡和谐波畸变等故障，对VSG(虚拟同步发电机)的持续运行和电网稳定产生不良影响。同时，传统的VSG不具备在电网故障情况下抑制故障电流的能力，而且也无法提供无功支撑。

因此，发明一种电网异常情况下抑制故障电流，实现电网电压快速恢复的虚拟同步发电机控制策略成为亟待解决的课题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，在保证故障期间VSG输出不过流，故障瞬间和故障清除瞬间无暂态电流冲击并输出最大无功的基础上，设计了电压暂降故障期间VSG控制方法，并给出了限流控制方法的控制原理和具体参数整定原则。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，包括如下步骤：

(1)建立VSG的控制方法：对虚拟同步发电机的两阶模型进行模拟，假定虚拟同步发电机的极对数为1，VSG的机械角速度和电气角速度相同，则VSG的转子运动方程如式所示：

式中：J为转动惯量；D为阻尼系数；T_m、T_e和T_d分别为虚拟同步发电机的机械转矩、电磁转矩和阻尼转矩；ω₀为电网同步角速度；ω为虚拟同步发电机角速度，δ为虚拟同步发电机的功角，t为时间；

电磁转矩和虚拟同步发电机输出的电磁功率之间的关系如下式所示：

式中：e_a、e_b、e_c和i_a、i_b、i_c为VSG的输出电压和输出电流，P_e为虚拟同步发电机输出的电磁功率；

按照上面的输出关系，则建立VSG的控制方法，其中的VSG输出参考电压关系式如下所示：