[发明专利]一种基于虚拟同步发电机控制的频率优化方法

说明书

本发明提供了一种基于虚拟同步发电机控制的频率优化方法，首先建立了虚拟同步发电机控制，能够使逆变器模拟了同步发电机的一些外特性；其次，在原有有功频率控制环节上，增加预见型微分控制环节，使得频率能够预测有功的变化提前动作，减小调整时间，能够在有功频率调节过程中抑制动态震荡，并且减小有功动态调节过程中虚拟同步发电机输出电压频率的超调，实现动态调节的优化，提高电力系统稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟同步发电机控制中频率优化的方法，属于微网新能源逆变控制技术领域。

背景技术

现在，新能源得到广泛发展，分布式电源在电力系统的渗透率不断提升，传统的同步发电机装置比例逐渐减小、电力系统的旋转备用容量以及转动惯量的减小，导致电网稳定性问题越发严峻。而且并网逆变器控制策略各异以及分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难参与电网自主调节。因此，采用虚拟同步发电机技术，即通过控制使逆变器模拟出同步发电机一次调频调压以及励磁等外特性，使得分布式电源能够参与大电网的自主调节中，提高电网的稳定性。

发明内容

本发明的目的是在现有技术基础上，提供了一种基于虚拟同步发电机控制的并网逆变器方法，该方法包括：有功频率控制环节、无功电压控制环节，因此具有同步发电机相似的有功和无功调节特性，其主要特征是在电磁转矩反馈的基础上，增加了一个微分反馈，抑制超调，提高了电网负载变动时的动态调节能力。

本发明所涉及的一种基于虚拟同步发电机控制的频率优化方法的结构原理图如附图1所示，虚拟同步发电机主电路设计为三相半桥逆变电路。用直流侧电压Udc代替光伏、风电等带储能部分，模拟同步发电机的原动机部分；逆变器桥臂端电压Ea、Eb、Ec模拟同步发电机的反电动势；用滤波电容电压Va、Vb、Vc模拟同步发电机定子输出电压。将测量得出滤波电容电压Va、Vb、Vc和输出电流ia、ib、ic送入虚拟同步发电机控制器，将计算出来的参考电压送入电压电流双环控制，得到调制波信号，然后将此信号转化为逆变器的驱动信号，控制逆变器中开关的通断，从而使逆变器实现同步发电机的特性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于虚拟同步发电机控制的频率优化方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：采样得到虚拟同步发电机输出电流iabc，计算虚拟同步发电机瞬时功率Pe,Q，具体公式如下：

（1）

式中，Mfif为转子和定子绕组的互感与励磁电流的乘积；为虚拟同步发电机的电角速度；为虚拟同步发电机输出的电压相位；是点积运算符号；

;;。

步骤2：根据步骤1中得到的有功功率Pe代入有功频率控制环节，计算得到虚拟同步发电机输出的电角速度和电压相位，具体公式如下：

（2）

式中，J为虚拟同步发电机的虚拟转动惯量；Dp为虚拟同步发电机的有功下垂系数（也可称为阻尼系数）；Tm为原动机向虚拟同步发电机输入的机械转矩；Pset为虚拟同步发电机给定的有功功率参考值；Te为虚拟同步发电机输出的电磁转矩；为虚拟同步发电机的额定电角速度。

步骤3：根据步骤1得到的无功功率代入无功电压控制环节，计算得到转子和定子绕组的互感与励磁电流的乘积Mfif，具体公式如下：