[发明专利]一种基于虚拟同步发电机的快速调压系统的方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的快速调压系统的方法，包括：储能装置侧控制模块、功率给定模块、输出调制模块。功率给定模块用于计算输出至VSG算法的功率给定，可在无需参数设计的基础上迅速完成交流母线调频调压，抑制系统在脱网瞬间的功率失衡现象，输出调制模块用以辅助系统在不对称负荷运行环境中隔离故障相，改进输出电压波形对称度。本发明能有效限制下垂特性响应区间、精确调节电压波形、在多参数同时突变时维持输出电压稳定、在不对称负荷下隔离故障相等，有助于抑制暂态不平衡功率，提高稳态电压自治能力，为交流母线的电能质量提供可靠保障。

技术领域

本发明属于分布式发电微网技术领域，具体涉及一种基于虚拟同步发电机的快速调压方法。

背景技术

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)技术借鉴同步发电机(Synchronous Generator,SG)对电网天然友好的优势，使得并网逆变装置具有类似SG的运行特性，则能够帮助接入电网的电源和负荷追踪“同步”电网的能力，自主参与电网的运行和管理，并在电网电压/频率、有功/无功异常情况下做出相应的响应，具备与SG类似的运行机制，实现分布式电源友好接入的同时提高电力系统稳定性。但在实际工程应用中分布式微网系统通常接于配电网及其末端，运行时易受到电网状态的诸多影响，尤其在高渗透率的弱电网中，更会相对频繁地遇到如电网扰动或故障引起的并网点电压跌落、电网设备故障及工作人员误操作引起的供电中断、计划维护和不可控自然灾害等情况所引起的配电网断电等诸多工况，因此VSG算法必须具备在电网故障下运行的能力。

当系统脱网时，交流母线处电压波形由逆变器直接控制。虽然VSG算法具备离网运行能力，能够按照设定的P-f和Q-V下垂特性调节输出电压的幅值、频率和输出有功、无功，但是在暂态过程中容易发生引起输出电压冲击和畸变，当风速与负荷突变幅度过大时也容易造成电压频率或幅值偏移过大而超出电能质量要求，且广泛采用的三相三线制逆变器系统在发生不对称故障时隔离故障相、维持非故障持续运行的能力较弱。当面临多种扰动和参数突变时，系统更需具备较好的自治运行与自主调节能力，以在复杂工况下维持系统稳定，改善输出电能质量。

目前，通常采用虚拟惯性方法和二次调频方法，但虚拟惯性算法响应缓慢，与桨距角控制、最大风能追踪控制偶合，稳态风能利用率较低；二次调频方法主要用于单位功率因素下促进有功平衡，对于无功调节和电压幅值调节能力有限。如何实现在多种参数未知变化下可靠实现频率和电压的快速调控是促进微网稳定、保障供电质量、提高孤岛自治能力的必然需求，也是亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明针对孤岛运行多重扰动下的电压稳定性问题，虚拟惯性算法响应缓慢，与桨距角控制、最大风能追踪控制偶合，稳态风能利用率较低的缺陷，提出了一种VSG算法的快速调压方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种VSG算法的快速调压系统，所述方法的主电路包括：风轮机、发电机、不控整流桥、滤波电容、电机侧DC/AC变换器、DC/DC变换器、储能装置、直流母线、电网侧DC/AC变换器、LCL滤波器、交流母线、PCC、SG、电网、本地负荷。

进一步的，主电路结构为：风轮机与发电机、不控整流桥、滤波电容、直流母线依次电连接，电机侧DC/AC变换器与发电机电连接，储能装置与DC/DC变换器、滤波电容、直流母线电连接，直流母线与滤波电容、电网侧DC/AC变换器、LCL滤波器、交流母线、PCC、SG、电网电连接，交流母线与本地负荷电连接。

将储能装置侧控制模块设置在直流母线和DC/DC变换器之间，用于同时完成储能和惯性支撑；将功率给定模块设置在并网逆变器侧控制算法模块和交流母线之间，用于抑制系统在暂态的功率失衡；将输出调制模块设置在并网逆变器侧控制算法模块和DC/AC变换器之间，用于在不对称运行工况中隔离故障相，改进输出电压波形对称度。