[发明专利]电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法

说明书

本发明涉及一种电网不平衡下虚拟同步发电机功率‑电流协调控制方法，属于新能源发电领域。该方法根据瞬时功率理论计算静止坐标系下的负序电流参考值，建立恒定有功、无功及电流平衡三个控制目标的统一解析表达式，实现电网不平衡下虚拟同步发电机功率‑电流的协调控制，解决了电网不平衡下功率振荡、电流不平衡等问题，提高了系统运行性能。本发明无需复杂的三角函数运算、计算量小、控制结构简单，能够根据电网的不同需求实现相应的控制目标。

技术领域

本发明属于新能源发电领域，涉及电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法。

背景技术

近年来，由于环境污染、能源短缺等问题日益突显，为解决这些问题，可再生能源(光伏、风能、海洋能等)为代表的分布式发电技术发展越来越迅速。然而，随着分布式电源渗透率的不断提高，意味着传统式同步发电机的所占容量逐渐降低，这会对电力系统的安全稳定性带来严重挑战。因此，分布式电源发电技术的任务不能只是简单的向电网提供电能，其自身还应具备一定的电网电压幅值和频率调节的能力，使其能够让电网设备安全稳定运行。相比而言，传统的同步发电机自身具有能够参与到电网电压幅值和频率调节的功能，若能使并网逆变器具有同步发电机的这些优势，使分布式电源友好接入电网，则能提高分布式发电系统的安全稳定性。

因此，有学者提出了虚拟同步发电机(VSG)技术，能够使VSG模拟同步发电机运行机理。有文献提出了VISMA方案，该方案主要模拟了同步发电机的外特性，是直接控制输出电流的电流型VSG，无法控制系统的电压和频率。为弥补此缺陷，有文献提出了外特性为电压源的电压控制型VSG，它的本质是主要考虑有功-频率、无功-电压的关系，为系统提供稳定的频率和电压支撑，在渗透率较高的电网环境下应用广泛。

上述研究均在电网电压三相平衡条件下进行，然而实际电网中常会因短路故障、电压跌落、谐波畸变等因素的影响而出现不平衡电网电压或畸变谐波电网电压。在这种情况下，VSG会出现输出有功、无功功率振荡及电流不平衡等问题。有文献提出了有功/无功控制、平衡正序控制等5种控制方法，以实现对分布式电源在不同环境下的应用。有文献利用平衡电流与恒定功率时电流之间的关系进行修正值的跟踪控制，达到功率恒定的效果，但计算方法复杂，实现困难。有文献通过抑制并网电流中的负序分量，使VSG能够在不平衡电网下输出三相平衡电流，但并未提及功率振荡的控制方法。有文献提出的电压前馈策略，虽然可解决功率振荡问题，但其所采用的电压相位补偿却需要精确计算角度，否则将失去其控制意义。有文献提出的负序电压控制策略，并未详细给出控制器的设计，而且当电网中含有畸变电压时其控制策略将失效。因此，在不平衡电网条件下，在保持VSG特有性能的前提下，实现抑制输出功率振荡及并网电流平衡等问题还需要进一步研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法，以VSG在不平衡电网电压条件下，分析了输出功率振荡、并网电流不平衡的原因及瞬时功率量与瞬时负序电流量之间的关系，提出了一种虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略，根据瞬时功率计算静止坐标系下的负序电流参考值，建立恒定有功、无功及电流平衡三个控制目标的统一解析表达式，实现功率-电流的协调控制，以满足不同电力系统的需求。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法，包括以下步骤：

S1：分析功率流；

将并网电压和并网电流进行Clark变换并经过基于复数滤波器的正负序分量提取模块，可得到静止坐标系下的正、负序并网电压和并网电流。再根据瞬时功率定义计算瞬时有功和无功功率的表达式。

S2：负序参考电流表达式统一解析表达式；