[发明专利]一种不平衡电网电压下的虚拟同步机有功平衡控制方法

说明书

本发明公开了一种不平衡电网电压下的虚拟同步机有功平衡控制方法，属于电力控制技术领域。具体如下：首先，建立虚拟同步发电机模型，采集电网电压，并对其进行正负序分离，获得正序电压的有功以及无功分量。然后，利用同步发电机的定子电气方程，得到电压不平衡时使得电流平衡的dq坐标下的电流指令值，并将其作为基准指令值。最后，分析正、负序电压和电流的幅值和相位的约束关系，得到在dq坐标系下基准指令基础上用正序电压和正序电压电流的角度关系表示的补偿电流指令值并采用准PR控制器，实现对电流的无差跟踪控制，显著地抑制了有功功率的波动。

技术领域

本发明涉及一种不平衡电网电压下的虚拟同步机有功平衡控制方法，属于电力控制技术领域。

背景技术

新世纪以来以风力、光伏等为代表的新能源发电技术因其经济、环保的优点被广泛运用。新能源通过电力电子接口，相对于传统发电机而言，其更具灵活性且响应速度快，但同时也存在着低惯性和无阻尼的特点，在电网中实际上表现为一个不可控的发电单元。随着新电源在电网中的渗透率不断提高，传统发电机的装机比例逐渐降低，电力系统中旋转备用容量和转动惯量减少使得电网的稳定性降低，给电网的安全运行带来了挑战。

传统的同步发电机在电网发生扰动或故障时能够利用转动惯量的特性，逐渐实现与电网功率的平衡，维持系统的稳定性。因此有学者提出了虚拟同步发电机(virtualsynchronous generator，VSG)的控制技术。该技术使得逆变器具备传统发电机的运行特性，使得逆变电源具有同步发电机的优良特性，从而为电网提供惯性和阻尼，使得其具有电压和频率支撑作用。

目前，关于虚拟同步机的控制策略和方案大多都是基于平衡电网电压的条件下提出的。而实际上，由于负载不平衡、线路故障等原因电网电压发生三相不平衡，基于虚拟同步机控制的逆变器输出电流发生畸变，有功功率和无功功率震荡等问题。而目前，大多数的研究集中在传统逆变器电网电压三相不平衡时的控制上，对非理想电网情况下的电流矢量控制和直接功率控制的研究比较多。但针对VSG的研究主要集中在理想电网情况下，对于不平衡电网情况下的研究比较少且VSG的控制与传统逆变器有所不同，因此无法直接借鉴传统逆变器的控制方法。因此，研究适用于电网电压不平衡情况下的虚拟同步机控制技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种不平衡电网电压下的虚拟同步机有功平衡控制方法，使得逆变器能够有效地抑制有功功率的二倍频波动，提高逆变器在电网中的稳定性和可靠性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种不平衡电网电压下的虚拟同步机有功平衡控制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立基于虚拟同步发电机的逆变器模型，包括通过虚拟同步发电机的转子运动方程建立逆变器有功环、通过无功电压下垂关系建立逆变器无功环，根据逆变器模型求得虚拟同步发电机的电势指令；

步骤2，分析满足有功功率平衡的正、负序电压相位，正、负序电流相位，正、负序电压幅值和正、负序电流幅值之间的约束关系，推导求得电压电流角度关系式，并求得电流超前电压矢量角度；根据电流超前电压矢量角度求得功率平衡电流有功分量、无功分量；

步骤3，通过1/4延时周期法，对电网电压进行正、负序分离，得到正序电压；分析虚拟同步发电机的定子电气方程，得到电网电压、电流以及电势分量关系式，求得电流平衡的正序电流指令；所述电网电压、电流以及电势分量关系式为：

其中，i_d、i_q分别为电流指令有功、无功分量；分别为正序电流指令d、q分量；R、X分别为逆变器到电网之间的总等效电阻、电抗；分别为电势指令的d、q分量；分别为正序电压的d、q分量；