基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法。它包括在系统稳态运行条件下的固定虚拟惯量与阻尼参数的虚拟同步发电机控制方法，在系统受到负载扰动条件下的虚拟惯量与阻尼参数自校正的虚拟同步发电机控制方法，以及在系统频率动态恢复过程中的负惯量虚拟同步发电机控制方法。它既兼顾了包含微网储能逆变器的柴储混合独立微网系统在稳态条件下的频率稳定性，又保证了独立微网系统在负载扰动情况下，既能减小系统频率幅值偏差，又能保证系统频率的快速恢复，从而有效地提高了系统的供电质量；它可以广泛地应用于微网储能逆变器与柴油发电机组组网运行的独立微网系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法，适用于需要与柴油发电机组组网运行的微网储能逆变器。
技术介绍
近年来，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术作为一种新型的分布式发电控制技术，在柴储混合独立微网中得到了广泛的应用。独立微网作为一种高效的能源利用形式，是解决和改善高原、海岛等偏远地区分散电力需求的一种有效途径。然而，由于独立微网失去了大电网的支撑，且柴油发电机组较慢的动态性能及较小的转动惯量，造成微网的惯性很弱，导致扰动发生后系统频率快速变化，加上风电、光伏的随机性出力和负荷的不可预测性和多变性，使得柴储混合独立微网的频率稳定性控制带来了巨大的挑战。为了达到良好的供电质量，要求在负载扰动条件下将独立微网的频率偏差控制在一定的范围之内，同时保证系统频率的快速恢复。为此，人们做了各种研究，如题为“Oscillation Damping of a Distributed Generator Using a Virtual Synchronous Generator”，Shintai T，Miura Y，Ise T,《IEEE Transactions on Power Delivery》，2014，29(2)，668-676(“基于虚拟同步发电机的分布式发电功率振荡抑制策略”，《IEEE学报-电力传输期刊》2014年第29卷第2期第668～676页)的文章；该文提出了一种采用虚拟同步发电机技术抑制分布式单元并网运行时系统频率振荡的控制策略，但并未考虑负载扰动条件下的频率波动问题以及固定的虚拟惯量参数在系统频率恢复过程中所引起的频率超调。题为“Distributed generation grid integration using virtual synchronous generator with adoptive virtual inertia”，J.Alipoor,Y.Miura,T.Ise,《Proceedings of Energy Conversion Congress and Exposition Conference 2013.ECCE》，2013，5th.IEEE，2013，4546-4552(“基于自适应虚拟惯量虚拟同步发电机的分布式并网发电技术”，《第五届能源变换大会及展览会国际会议》2013年第5 期第4546～4552页)的文章；该文提出了一种具有自适应虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略以抑制并网逆变器指令功率突变时系统频率的振荡，但并未考虑系统受到负载扰动条件下的频率波动问题。题为“Self-tuning virtual synchronous machine:a control strategy for energy storage systems to support dynamic frequency control”，Miguel A.Torres L.，Luiz A.C.Lopes，Luis A.Moran T.，et al，《IEEE Transactions on Energy Conversion》，2014，29(4)，833-840(“自校正虚拟同步发电机：一种提供动态频率支撑的储能系统控制策略”，《IEEE学报-能量转换期刊》2014年第29卷第4期第833～840页)的文章；该文提出了一种采用自校正虚拟惯量与阻尼的虚拟同步发电机技术提高独立微网系统频率稳定性的解决方案，这种控制方案增加了控制的复杂程度，且频率在恢复过程中的幅值偏差和恢复时间有待进一步减小。题为“Power system stabilization using virtual synchronous generator with alternating moment of inertia”，J.Alipoor,Y.Miura,T.Ise，《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics》，2015，3(2)，451-458(“基于带有转动惯量虚拟同步发电机的电力系统稳定性控制方法”，《IEEE学报-电力电子技术专题》2015年第3卷第2期第451～458页)的文章；该文提出了采用“bang-bang”控制的自适应虚拟惯性虚拟同步发电机技术来抑制并网逆变器指令功率突变时系统频率的振荡，但是，在负载扰动条件下的频率波动问题并未考虑，且若其频率变化阈值选取不当将会导致系统频率振荡。综上所述，现有技术均未能解决在微网储能逆变器与柴油发电机组组网运行的柴储混合独立微网系统中，当系统受到负载扰动时，既能减小系统频率偏差的幅值又能保证系统频率的快速恢复的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对微网储能逆变器与柴油发电机组组网运行的柴储混合独立微网系统，在负载扰动的情况下系统频率出现幅值偏差且恢复较慢的问题，提供一种既能减小系统频率幅值偏差，又能保证系统频率快速恢复的基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法包括微网储能逆变器的输出电流的采集，特别是主要步骤如下：步骤1，先采集微网储能逆变器的输出电流ioa、iob、ioc，桥臂侧电感电流ila、ilb、ilc和微网电压uga、ugb、ugc，经单同步坐标系软件锁相环得到微网电压的dq分量Ugd、Ugq，微网的角频率ωg和相角θg，再经单同步旋转坐标变换得到基于微网相角θg定向的输出电流的dq分量Iod、Ioq和桥臂侧电感电流的dq分量Ild、Ilq；步骤2，根据步骤1中得到的微网电压的dq分量Ugd、Ugq和输出电流的dq分量Iod、Ioq，经有功功率计算方程和无功功率计算方程分别得到平均有功功率P和平均无功功率Q；步骤3，根据步骤1中得到的微网的角频率ωg和微网储能逆变器给定的有功功率指令P0、微网储能逆变器给定的角频率指令ωref，经过虚拟惯量与阻尼参数自校正且带有负虚拟惯量的转子运动方程以及一次调频方程得到虚拟同步发电机的参考有功功率指令Pref；步骤4，根据步骤1中得到的微网电压的d轴分量Ugd和微网储能逆变器给定的无功功率指令Q0、微网储能逆变器给定的电压指令Uref，经过一次调压方程得到虚拟同步发电机的参考无功功率指令Qref；步骤5，先根据步骤2中得到的平均有功功率P、平均无功功率Q和步骤3中的参考有功功率指令Pref、步骤4中的参考无功功率指令Qref，通过功率控制方程得到电感电流的dq分量指令信号Idref、Iqref，再根据电感电流的dq分量指令信号Idref、Iqref和步骤1中的桥臂侧电感电流的dq分量Ild、Ilq，通过电流控制方程得到控制信号Ud、Uq；步骤6，先根据步骤5中得到的控制信号Ud、Uq，以及步骤1中得到的微网相角θg，经单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua、Ub、Uc，再由三相桥臂电压控制信号Ua、Ub、Uc生成微网储能逆变器逆变桥开关管的SVPWM控制信号。作为基于虚拟同步发电机的柴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法，包括微网储能逆变器的输出电流的采集，其特征在于主要步骤如下：步骤1，先采集微网储能逆变器的输出电流ioa、iob、ioc，桥臂侧电感电流ila、ilb、ilc和微网电压uga、ugb、ugc，经单同步坐标系软件锁相环得到微网电压的dq分量Ugd、Ugq，微网的角频率ωg和相角θg，再经单同步旋转坐标变换得到基于微网相角θg定向的输出电流的dq分量Iod、Ioq和桥臂侧电感电流的dq分量Ild、Ilq；步骤2，根据步骤1中得到的微网电压的dq分量Ugd、Ugq和输出电流的dq分量Iod、Ioq，经有功功率计算方程和无功功率计算方程分别得到平均有功功率P和平均无功功率Q；步骤3，根据步骤1中得到的微网的角频率ωg和微网储能逆变器给定的有功功率指令P0、微网储能逆变器给定的角频率指令ωref，经过虚拟惯量与阻尼参数自校正且带有负虚拟惯量的转子运动方程以及一次调频方程得到虚拟同步发电机的参考有功功率指令Pref；步骤4，根据步骤1中得到的微网电压的d轴分量Ugd和微网储能逆变器给定的无功功率指令Q0、微网储能逆变器给定的电压指令Uref，经过一次调压方程得到虚拟同步发电机的参考无功功率指令Qref；步骤5，先根据步骤2中得到的平均有功功率P、平均无功功率Q和步骤3中的参考有功功率指令Pref、步骤4中的参考无功功率指令Qref，通过功率控制方程得到电感电流的dq分量指令信号Idref、Iqref，再根据电感电流的dq分量指令信号Idref、Iqref和步骤1中的桥臂侧电感电流的dq分量Ild、Ilq，通过电流控制方程得到控制信号Ud、Uq；步骤6，先根据步骤5中得到的控制信号Ud、Uq，以及步骤1中得到的微网相角θg，经单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua、Ub、Uc，再由三相桥臂电压控制信号Ua、Ub、Uc生成微网储能逆变器逆变桥开关管的SVPWM控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法，包括微网储能逆变器的输出电流的采集，其特征在于主要步骤如下：步骤1，先采集微网储能逆变器的输出电流ioa、iob、ioc，桥臂侧电感电流ila、ilb、ilc和微网电压uga、ugb、ugc，经单同步坐标系软件锁相环得到微网电压的dq分量Ugd、Ugq，微网的角频率ωg和相角θg，再经单同步旋转坐标变换得到基于微网相角θg定向的输出电流的dq分量Iod、Ioq和桥臂侧电感电流的dq分量Ild、Ilq；步骤2，根据步骤1中得到的微网电压的dq分量Ugd、Ugq和输出电流的dq分量Iod、Ioq，经有功功率计算方程和无功功率计算方程分别得到平均有功功率P和平均无功功率Q；步骤3，根据步骤1中得到的微网的角频率ωg和微网储能逆变器给定的有功功率指令P0、微网储能逆变器给定的角频率指令ωref，经过虚拟惯量与阻尼参数自校正且带有负虚拟惯量的转子运动方程以及一次调频方程得到虚拟同步发电机的参考有功功率指令Pref；步骤4，根据步骤1中得到的微网电压的d轴分量Ugd和微网储能逆变器给定的无功功率指令Q0、微网储能逆变器给定的电压指令Uref，经过一次调压方程得到虚拟同步发电机的参考无功功率指令Qref；步骤5，先根据步骤2中得到的平均有功功率P、平均无功功率Q和步骤3中的参考有功功率指令Pref、步骤4中的参考无功功率指令Qref，通过功率控制方程得到电感电流的dq分量指令信号Idref、Iqref，再根据电感电流的dq分量指令信号Idref、Iqref和步骤1中的桥臂侧电感电流的dq分量Ild、Ilq，通过电流控制方程得到控制信号Ud、Uq；步骤6，先根据步骤5中得到的控制信号Ud、Uq，以及步骤1中得到的微网相角θg，经单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua、Ub、Uc，再由三相桥臂电压控制信号Ua、Ub、Uc生成微网储能逆变器逆变桥开关管的SVPWM控制信号。2.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法，其特征是步骤2中的有功功率计算方程式为： P = Σ h s 2 + ω h 2 s 2 + 2 ζω h s + ω h 2 · 1.5 τ s + 1 ( U g d I o d + U g q I o q ) , ]]>无功功率计算方程式为 Q = Σ h s 2 + ω h 2 s 2 + 2 ζω h s + ω h 2 · 1.5 τ s + 1 ( U g q I o d - U g d I o q ) , ]]>式中的ωh为陷波器需要滤除的谐波角频率，ξ为陷波器的品质因数，τ为一阶低通滤波器的时间常数，s为拉普拉斯算子。3.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法，其特征是步骤3中的虚拟惯量与阻尼参数自校正且带有负虚拟惯量的转子运动方程式为：且 D = D 0 | Δ ω | ≤ B D 0 + k d | Δ ω | | Δ ω | > B , ]]>Δω＝ωref-ωg，式中的Pm为微网储能逆变器机械功率，D为阻尼系数，J为虚拟惯量系数，J0为虚拟惯量初始值，kj为虚拟惯量调节系数，△ω为ωref与ωg的差值，B为角频率差值的阀值，D0为阻尼初始值，kd为阻尼调节系数；一次调频方程式为Pm＝P0+(ωref-ωg)/m，则 P r e f = P 0 + ( ω r e f - ω ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，石荣亮，徐海珍，刘芳，胡超，顾军，李明，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34