[发明专利]虚拟同步发电机离网切换到并网的方法

权利要求书

1.一种虚拟同步发电机离网切换到并网的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)直流电压经过三相逆变器转换为交流电输出，输出交流电通过串联滤波电感和并联滤波电容后接入交流电网，并网连接点PCC由断路器连接微电网和三相交流电网；电能质量检测装置检测并网连接点PCC断路器两侧电压和频率，判断微电网处于离网运行，并且微电网中央控制器接收到并网指令，微电网中央控制器执行并网预同步指令，对电能质量进行判断，这时若电能质量满足要求，发出使能信号，并网连接点PCC断路器闭合；若电能质量不满足要求，则返回“不可并网运行”提示；

2)下达并网预同步指令后，首先，将三相交流电网相电压u_g和微电网三相逆变器输出电压u_mg变换为dq坐标系下电压直轴分量u_gd、u_d和交轴分量u_gq、u_q，然后将三相交流电网电压直轴分量和频率值作为微电网无功电压控制器电压给定值U_gref和功率外环频率给定值ω₀；计算微电网输出有功功率P、无功功率Q以及输出电压瞬时幅值U_mg；

3)并网预同步环节：有功功率给定值P_ref和功率外环频率给定值ω₀经过改进型功率外环生成相位角θ,微电网无功电压控制器电压给定值U_gref经过无功电压控制器生成无功电压控制器电压产生值U_ref；改进型功率外环中加入预同步调节信号S,利用PI调节器对预同步调节信号S进行调节，将调节后输出信号Δω_s叠加于虚拟同步发电机给定频率上；

4)基于步骤3)中无功电压控制器电压产生值U_ref经过虚拟同步发电机二阶数学模型、dq坐标系下电压环以及电流内环变换，得到正弦脉宽调制信号的直轴和交轴分量，然后，经过dq/abc反变换以及SPWM模块，生成触发脉冲信号；

5)设定并网连接点PCC断路器合闸阈值,当在预同步过程中，满足合闸条件时，发出合闸信号,并网连接点PCC断路器合闸，并网稳定后，关断并网预同步环节中加入的预同步调节信号，完成离并网切换，

合闸条件为：

式中：Δω、Δθ、ΔU分别为微电网和三相电网之间的频率偏差、相位差、电压差；A、B、C分别为频率偏差、相位差、电压差的判断阈值；所述步骤3)具体实现方法如下：

改进型功率外环包括：一次调频环节、转子运动方程、频率偏差反馈环节和预同步调节环节，其中，模拟同步发电机调速器的一次调频环节的表达式：

P_m＝P_ref+K_w(ω₀-ω)

式中：P_m为原动机输入机械功率；P_ref为给定有功；K_w为功频调差系数；ω为虚拟同步发电机角频率实际值；

一次调频环节后引入同步发电机转子运动方程：

式中：J为虚拟同步发电机的转动惯量；P_e为输出电磁功率；δ为功角；D为阻尼系数；

在转子运动方程中引入频率偏差积分反馈环节，该积分环节和阻尼D并联共同组成PI控制器，离并网转换时，通过闭合开关S₁实现频率偏差积分反馈环节的引入，达到频率的无误差跟踪的目的；

无功电压控制器是在无功电压下垂控制的基础上，离并网转换时，通过闭合开关S₂引入电压前馈补偿环节；

在闭合开关S₁和S₂后，微电网电压和频率恢复额定值后，通过闭合开关S₃引入并网预同步环节，利用PI2调节器对预同步调节信号S进行调节，将调节后输出信号Δω_s叠加于VSG给定频率上。