[发明专利]基于三阶模型的虚拟同步机功频控制方案

说明书

本发明针对传统二阶模型在虚拟同步机技术应用中的不足，提出一种基于三阶模型的虚拟同步机功频控制方案。该控制方法在虚拟同步机阻尼反馈支路和调速器中分别引入一阶滤波环节，在阻尼支路中增加高通滤波环节，高通滤波环节由低通滤波环节和减法器实现，并且在调速器中增加低通滤波环节。针对虚拟同步机的功频调节特性进行研究，通过对比分析采用二阶模型和三阶模型的虚拟同步机功频控制方案证明了本发明提出的基于三阶模型的控制方案能够实现一次调频和暂态阻尼功能的分立控制，有效改善了虚拟同步机的动静态性能。

技术领域

本发明属于新能源电力系统与微电网技术领域，具体涉及一种基于三阶模型的虚拟同步机功频控制方案。

背景技术

由于清洁能源在很长一段时期内仍需要追踪同步电网，虚拟同步机技术应运而生，并且近年来受到了广泛关注。采用虚拟同步机技术(Virtual Synchronous Generator，VSG)的分布式电源具备与同步机组相同的运行机制，都能自主地参与电网的运行和管理。在实现一次调频和一次调压功能的同时能够在动态过程中为系统提供惯性、阻尼支撑。

当前基于二阶模型的自同步VSG方案被广泛采用，其稳态有功功率下垂特性由调差系数和阻尼系数共同决定，并且调差系数和阻尼系数均会影响VSG动态阻尼特性。因而其无法实现一次调频和阻尼支撑功能的分立控制。

同步发电机组的惯量阻尼特性和调速特性在频域上是解耦的，若能够更加全面地模拟同步发电机的功频调节特性，VSG就能够实现一次调频和阻尼支撑功能的分立控制，以改善VSG的动静态性能。

发明内容

本发明针对传统二阶模型在VSG技术应用中的不足，提出一种基于三阶模型的虚拟同步机功频控制方案，具体技术方案如下。

一种基于三阶模型的虚拟同步机功频控制方案，其特征在于，所述控制方法在VSG阻尼反馈支路和调速器中分别引入一阶滤波环节，得到的三阶模型的控制方案能够实现一次调频和暂态阻尼功能的分立控制，有效改善了VSG的动静态性能。

虚拟同步发电机通过LC滤波器接到公共母线上。控制部分主要包括：有功/频率控制环，无功/电压控制环，电压电流控制环，虚拟阻抗控制，PWM调制。

有功和频率控制环由惯量阻尼模型和频率调节器模型两部分构成。与传统二阶模型相比，该方案在阻尼支路中增加高通滤波环节，高通滤波环节由低通滤波环节和减法器实现，并且在调速器中增加低通滤波环节。

附图说明

图1为VSG主电路拓扑和控制结构。

图2为基于二阶模型的有功和频率控制框图。

图3为基于三阶模型的有功和频率控制框图。

图4为VSG功频调节小信号分析模型。

图5为不同K_ω^*、D^*时的Y_p(s)伯德图。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步详细说明。

VSG主电路拓扑和控制结构如图1所示。逆变器通过LC滤波器接到公共母线上。控制部分主要包括：有功/频率控制环，无功/电压控制环，电压电流控制环，虚拟阻抗控制，PWM调制。

图2为基于二阶模型的有功和频率控制框图，有功和频率控制环由惯量阻尼模型和频率调节器模型二部分构成。

图3为基于三阶模型的有功和频率控制框图。在二阶模型的阻尼支路中增加高通滤波环节，高通滤波环节由低通滤波环节和减法器实现，并且在调速器中增加低通滤波环节。

三阶模型的有功和频率控制的微分方程为：