本发明专利技术主要针对经典下垂控制策略在电网电压和频率波动较大，逆变器容量不足时，无法有效的改善系统的稳定性问题，提出了一种基于虚拟同步控制的并网逆变器功率分配方法。综合考虑电网的频率失稳和电压失稳，采用了一种等速调节方式，使频率和电压趋向失稳的速度保持一致，既避免发生逆变器有功补偿过大导致电压失稳速度过快的情况，又避免发生无功补偿过大导致频率失稳速度过快的情况，延长电网失稳的相对时长。与经典的控制方法相比，本发明专利技术所提出的控制方法可以有效的改善电网的稳定性，有利于电网的安全稳定运行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利属于柔性直流输电领域，特别涉及基于虚拟同步控制的并网逆变器功率分配的方法。
技术介绍
柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径，代表着直流输电的未来发展方向，已成为新一代智能电网的关键技术之一。并网逆变器最主要的外环控制有：功率控制、恒电压-频率控制和虚拟同步控制；不同的外环控制方式对应不同的并网逆变器功率分配方式。功率控制方法虽然能够实现输出功率对预设功率的跟踪，但是没有考虑电网存在电压和频率偏移时，如何优化并网逆变器有功和无功输出问题。虚拟同步控制采用了模拟同步发电机静态下垂特性的虚拟同步控制方法，根据并网逆变器接入点实测的电压的有效值和频率进行下垂控制，可以使处于并联运行状态的并网逆变器通过下垂控制策略，根据自身容量成比例的分配功率。但是这种功率分配方式的实现依赖于并网逆变器足够大的容量。并网逆变器容量不足时，无法实现功率的比例分配，而且会导致系统的性能恶化。在下垂控制的基础上进一步模拟同步电机特性的虚拟同步发电机技术虽然可以使得并网逆变电源的暂态过程变得较为缓慢，可以有效改善系统的稳定性，但是同样受到并网逆变器容量的限制。基于上述问题，本专利技术提出了基于虚拟同步控制的并网逆变器功率分配方法，当电网电压和频率偏移较大，并网逆变器容量不足时，综合考虑电网的频率失稳和电压失稳，采用等速调节方式，使频率和电压趋向失稳的速度保持一致。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提出了一种基于虚拟同步控制的并网逆变器功率分配方法，综合考虑电网的频率失稳和电压失稳，采用等速调节方式，可以改善电网的稳定性，有利于电网的安全稳定运行。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下：(1)根据虚拟同步算法计算出有功参考信号P和无功参考信号Q：P=P0+(fN-f)KfQ=Q0+(UN-U)Ku]]>式中，P0为有功调度指令，表示负载的额定有功，Q0为无功调度指令，表示负载的额定无功，fN为额定频率，UN为并网逆变器接入点的额定电压，Kf为有功-频率下垂系数，Ku为无功-电压下垂系数，f为实测并网逆变器接入点电压的频率，U为实测并网逆变器接入点电压的有效值。(2)假设并网逆变器的额定容量为S，则：当P2+Q2≤S2时，并网逆变器输出有功功率为P，无功功率为Q。当P2+Q2>S2时，考虑到电力系统的频率允许偏差1％，电压允许偏差10％，此时的下垂控制方程为：P=(Δf-1%fN)KfQ=(ΔU-10%UN)Ku]]>式中，Δf＝fN－f，ΔU＝(UN－U)。当电网的初始频率偏差为Δf1,如果要将频率调回频率允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的有功功率为：P3＝Kf(Δf1－1％fN)当电网的初始电压偏差为ΔU1,如果要将电压调回电压允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的无功功率为：Q3＝Ku(ΔU1－10％UN)(3)假设并网逆变器只能输出的有功功率和无功功率分别为P*、Q*，要将频率和电压调整到系统允许偏差范围内，尚缺少的有功功率为ΔP＝P3-P*，尚缺少的无功功率为ΔQ＝Q3-Q*。ΔP和ΔQ值的大小反应了电网失稳的特性，值越大表示失稳的概率越大。假设电网频率偏移额定频率的10％时，电网频率会崩溃；则定义L1表示并网逆变器提供P*的有功功率后系统频率崩溃的程度。L1=10%fN-Δf1+P*Kf]]>假设电网电压偏移额定电压的25％时，电网电压会崩溃；则定义L2表示并网逆变器提供Q*的无功功率后系统电压崩溃的程度。L2=25%UN-ΔU1+Q*Ku]]>(4)采用等速调节策略，使频率与电压的失稳程度保持一致，则应满足下式：25%UN-10%UN10%fN-1%fN=L2L1]]>考虑到并网逆变器的容量限制，功率分配方法用下式表示为：0.15UN0.09fN*(10%fN-Δf1+P*Kf)=25%UN-ΔU1+Q*KuP*2+Q*2=S2]]>求解可得：Q*=-b±b2-4ac2aP*=S2-Q*2]]>上式中，a=9fN2Kf2+25UN2Ku225UN2Ku2]]>b=[0.75fNKf5-3fNKfΔU15UN+Kf*(Δf1-0.1fN)]*6fNKf5UNKu]]>c=[0.75fNKf5-3fNKfΔU15UN+Kf*(Δf1-0.1fN)]2-S2]]>并网逆变器输出有功功率为P*，无功功率为Q*。Kf取值0.081，Ku取值0.002。并网逆变器的各种功率分配方式适用于不同的场合和状况，在工农业生产中得到了广泛应用。本专利技术的有益效果是：1)完善了并网逆变器的功率分配控制方法；2)有效的改善了电网的稳定性。附图说明图1为负荷模型图图2为等速调节策略原理图；(图a为有功-频率下垂控制原理图；图b为无功-电压下垂控制原理图)图3为等速调节控制系统框图图4为接入点频率波形图图5为接入点电压波形图图6为并网逆变器输出有功功率波形图图7为并网逆变器输出无功功率波形图具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1负荷模型图，发电机接入节点1，主要负荷接入节点2，其余负荷接入节点3，并网逆变器接入节点2，并网逆变器容量为0.6MVA，发电机容量为10MVA，短路容量为100MVA，发电机端口线电压为380V，并网逆变器接入节点3，节点3的负荷为0.816MW+j0.0816MVar，节点1与节点3之间的传输线阻抗为0.00125+j0.0079。图2为等速调节策略原理图；(图a为有功-频率下垂控制原理图；图b为无功-电压下垂控制原理图)。(1)假设并网逆变器的额定容量为S：当P2+Q2≤S2时，并网逆变器输出有功功率为P，无功功率为Q。当P2+Q2>S2时，考虑到电力系统的频率允许偏差1％，电压允许偏差10％，此时的下垂控制方程为：P=(Δf-1%fN)KfQ=(ΔU-10%UN)Ku]]>式中，Δf＝fN－f，ΔU＝(UN－U)；当电网的初始频率偏差为Δf1,如果要将频率调回频率允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的有功功率为：P3＝Kf(Δf1－1％fN)当电网的初始电压偏差为ΔU1,如果要将电压调回电压允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的无功功率为：Q3＝Ku(ΔU1－10％UN)(2)假设并网逆变器只能输出的有功功率和无功功率分别为P*、Q*，要将频率和电压调整到系统允许偏差范围内，尚缺少的有功功率为ΔP＝P3-P*，尚缺少的无功功率为ΔQ＝Q3-Q*。ΔP和ΔQ值的大小反应了电网失稳的特性，值越大表示失稳的概率越大。假设电网频率偏移额定频率的10％时，电网频率会崩溃；则定义L1表示并网逆变器提供P*的有功功率后，系统频率崩溃的程度。L1=10%fN-Δf1+P*Kf]]>假设电网电压偏移额定电压的25％时，电网电压会崩溃；则定义L2表示并网逆变器提供Q*的无功本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于虚拟同步控制的并网逆变器功率分配方法，所述的虚拟同步控制计算公式如下所示：P=P0+(fN-f)KfQ=Q0+(UN-U)Ku;]]>式中，P0为有功调度指令，表示负载的额定有功，Q0为无功调度指令，表示负载的额定无功；fN为额定频率；UN为并网逆变器接入点的额定电压，Kf为有功‑频率下垂系数，Ku为无功‑电压下垂系数，f为实测并网逆变器接入点电压的频率；U为实测并网逆变器接入点电压的有效值；其特征在于，并网逆变器功率分配方法如下：(1)根据虚拟同步控制计算公式算出有功参考信号P和无功参考信号Q：通过铭牌数据获得并网逆变器的额定容量S；(2)当P2+Q2≤S2时，对并网逆变器的输出功率进行分配：有功功率分配P，无功功率分配Q；(3)当P2+Q2>S2时，采用新的下垂控制方程：P=(Δf-1%fN)KfQ=(ΔU-10%UN)Ku;]]>上式中，Δf＝fN－f，ΔU＝(UN－U)；检测逆变器接入点的电网频率，然后减去电网的额定频率获得频率偏差Δf1,为了将频率调回频率允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的有功功率为：P3＝Kf(Δf1－1％fN)检测逆变器接入点的电网电压有效值，然后减去电网的额定电压有效值获得电压偏差为ΔU1,为了将电压调回电压允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的无功功率为：Q3＝Ku(ΔU1－10％UN)；用变量P*、Q*分别表示逆变器只能输出的有功功率和无功功率，要将频率和电压调整到系统允许偏差范围内，尚缺少的有功功率为ΔP＝P3‑P*，尚缺少的无功功率为ΔQ＝Q3‑Q*；电网频率偏移额定频率的10％时，电网频率会崩溃；定义L1表示并网逆变器提供P*的有功功率后系统频率崩溃的程度：L1=10%fN-Δf1+P*Kf;]]>电网电压偏移额定电压的25％时，电网电压会崩溃；定义L2表示并网逆变器提供Q*的无功功率后系统电压崩溃的程度：L2=25%UN-ΔU1+Q*Ku;]]>采用等速调节策略，使频率与电压的失稳程度保持一致，则应满足下式：25%UN-10%UN10%fN-1%fN=L2L1;]]>考虑到并网逆变器的容量限制，功率分配方法用下式表示为：0.15UN0.09fN*(10%fN-Δf1+P*Kf)=25%UN-ΔU1+Q*KuP*2+Q*2=S2;]]>求解上式得到P*和Q*，然后对并网逆变器的输出功率进行分配：有功功率分配P*，无功功率分配Q*。...
【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步控制的并网逆变器功率分配方法，所述的虚拟同步控制计算公式如下所示：P=P0+(fN-f)KfQ=Q0+(UN-U)Ku;]]>式中，P0为有功调度指令，表示负载的额定有功，Q0为无功调度指令，表示负载的额定无功；fN为额定频率；UN为并网逆变器接入点的额定电压，Kf为有功-频率下垂系数，Ku为无功-电压下垂系数，f为实测并网逆变器接入点电压的频率；U为实测并网逆变器接入点电压的有效值；其特征在于，并网逆变器功率分配方法如下：(1)根据虚拟同步控制计算公式算出有功参考信号P和无功参考信号Q：通过铭牌数据获得并网逆变器的额定容量S；(2)当P2+Q2≤S2时，对并网逆变器的输出功率进行分配：有功功率分配P，无功功率分配Q；(3)当P2+Q2>S2时，采用新的下垂控制方程：P=(Δf-1%fN)KfQ=(ΔU-10%UN)Ku;]]>上式中，Δf＝fN－f，ΔU＝(UN－U)；检测逆变器接入点的电网频率，然后减去电网的额定频率获得频率偏差Δf1,为了将频率调回频率允许偏差范围之内，则需要并网逆变器输出的有功功率为：P3＝Kf(Δf1－1％fN)检测逆变器接入点的电网电压有效值，然后减去电网的额定电压有效值获得电压偏差为ΔU1,为了将电压...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣飞，黄韬，龚喜长，黄守道，尹章涛，李文君，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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