[发明专利]一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构

说明书

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构。本发明能够对电网的频率与电压进行主动支撑，包括一台主机侧变流器及与其相连的风机和发电机、一台网侧逆变器以及多个并联子模块构成，其中子模块包括风机、发电机和机侧变流器，主机侧变流器用以维持直流侧电容器电压；子模块机侧变流器用以控制各其他风力发电机输出有功功率；网侧逆变器根据MPPT的算法来控制输入电网功率的大小，采用VSG的控制策略，通过释放转子动能与预留能量，在动态响应瞬间对电网频率与电压提供主动支撑。本发明改善了多点频率调节分散控制时存在的问题，能够实现共同进行频率调整，提高系统稳定性。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构。其中VSG为虚拟同步发电机，PMSG为直驱式永磁同步发电机。

背景技术

风能作为全球储能最大、绿色清洁的可再生能源，近年来发展迅猛。然而，由于风能的随机性和间歇性，风力发电系统并网会对电力系统的运行潮流造成冲击，这不利于电力系统的稳定运行。众所周知，传统电力系统稳定工作的主要原因之一是由于大惯量设备——同步发电机的存在，而以并网逆变器为核心接口的风力发电系统，其最显著的特点却是惯量小、阻尼弱。这使得系统负荷变化时会导致更严重的频率变化，容易使电网失去稳定性。

针对这一问题，常用的风电参与系统频率支撑的方案包括：

1.附加频率恢复环节。

根据有功-频率下垂特性，一个频率-功率外环被附加到风机转子控制器中，使得风力发电机重新具有惯性响应特征。

2.切换MPPT曲线。

在系统频率变化时通过切换功率追踪曲线，调整风电机组的输出有功功率，以此抑制电力系统中发电和负荷之间的不平衡。

3.附加储能装置。

储能系统具有快速吐纳能量的能力，不仅可以有效抑制风电的随机波动，而且能够辅助风电参与系统调频。储能系统参与风电调频的原理是在系统频率降低的时候，储能系统快速释放能量支撑系统频率；在系统频率上升时，吸收能量抑制系统频率的上升。

我们可以看到，无论是哪种支撑方式，传统的控制策略必须通过PLL锁相环来实现风电机组的并网操作，当系统电压波动时也使得控制系统更加的不稳定。另外，每台风力发电机单独进行频率控制，也会对系统的稳定性产生不利影响。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，对应传统同步发电机的机械模型和电磁模型，引入虚拟调速器和虚拟励磁器等概念，赋予逆变电源的频率与电压惯性保持特性，令并网逆变器表现出同步发电机的外特性，对电网频率与电压进行主动支撑的控制，该控制结构摆脱了必须通过PLL锁相环来实现风电机组并网这一弊端，将风电机组等效为了一个电压源型的VSG。另外，通过将多台风力发电机并联，实现共同进行频率调整，提高了系统的稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，能够对电网的频率与电压进行主动支撑，包括主机侧变流器及与其相连的风机和发电机、一台网侧逆变器以及多个并联子模块构成，主机侧变流器与各个子模块中的子机侧变流器并联汇集到直流侧电容，并通过网侧逆变器并网；其中子模块包括风机、主发电机和机侧变流器，多个并联子模块即将多台并联风机的子机侧变流器的直流侧输出端口并联；主机侧整流器用以维持直流侧电容器电压；子模块子机侧变流器用以控制各其他风力发电机输出有功功率；网侧逆变器根据MPPT的算法来控制输入电网功率的大小，采用VSG的控制策略，通过释放转子动能与预留能量，在动态响应瞬间对电网频率与电压提供主动支撑。