一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法技术

本发明专利技术公开了一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法,基于VSG的有功‑频率控制策略稳态呈现下垂特性，得到

【技术实现步骤摘要】
一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法
本专利技术属于新能源电力系统与微电网
，具体涉及一种具有同步发电机特性逆变器的并联功率分配控制方法。
技术介绍
随着社会与经济的发展，人们对电网的要求越来越高，为解决传统电网供电集中、对环境污染大等弊端，越来越多的研究人员将研究重点着眼在分布式发电(distributedgeneration,DG)技术。现有技术中多数分布式电源需要以电力电子逆变器作为接口并入电网或直接为负荷供电，但基于电力电子逆变接口的分布式电源几乎不存在转动惯量与阻尼特性，其渗透率的不断提高将影响电力系统的动态响应与稳定性。针对这一问题，部分学者提出了“虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)”的概念，即通过模拟同步发电机的机械方程和电磁方程，使得逆变器在机理上与外特性上具有同步发电机的特性。现有技术中应用于微电网并联逆变器的功率分配控制策略按微电网的控制方式可以分为三类：分散式、集中式与分布式控制方式。分散式控制方式中，逆变器之间不需要进行通信，只需本地信息即可，成本低且易于实现，但该类方法功率分配精度低、鲁棒性能差；集中式控制方式通过中央控制器实现了并联逆变器间功率的比例分配，功率分配精度高且鲁棒性强，但该类方法对中央控制器依赖性太强，系统可靠性低；分布式控制方式结合了分散式与集中式控制的优点，相邻逆变器之间可以进行信息交换，不依赖于中央控制器，因而可靠性高，如果结合相应的控制算法，即可实现并联逆变器间功率的合理分配。现有技术的微电网中往往包含多台并联逆变器，且每台逆变器的容量一般较小，即单台逆变器难以满足整个微电网孤岛运行时的负荷需求，因此希望各逆变器可以按照其额定容量比承担负荷功率。对于采用传统有功-频率、无功-电压下垂控制的并联逆变器而言，由于频率为全局变量，只需设置有功-频率下垂系数满足与逆变器额定容量成反比即可实现有功功率在并联逆变器间的比例分配；但是要想实现无功功率的比例分配，除了需设置无功-电压下垂系数与逆变器额定容量成反比外，还需逆变器的等效输出阻抗满足与逆变器额定容量成反比的条件，但在现有技术中逆变器的等效输出阻抗与逆变器额定容量成反比往往难以满足，因此需要采取一定的控制策略才能实现无功功率的比例分配。现有技术中采用的VSG技术的本质是对传统下垂控制的有功-频率方程进行了改进，使其在暂态过程中呈现出了惯量与阻尼特性，因此，基于VSG技术的并联逆变器的有功功率比例分配的条件有待确定。而对于无功-电压控制方面，VSG技术与传统下垂控制没有区别，故现有技术的基于VSG控制的并联逆变器仍存在无功功率合理分配难以实现的问题。因此希望有一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法对现有技术中的微电网控制进行改进，是未来节能控制管理系统发展的一种方向，是现有技术研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法，用于解决具有同步发电机特性逆变器的并联功率分配问题。对于有功功率的分配，旨在明确其相关参数与传统有功-频率下垂控制的对应关系，进而确定有功功率实现按逆变器的额定容量比分配的条件；针对无功功率的分配，旨在利用微电网的分布式控制方式，并结合相应的分布式控制方法，实现无功功率在各并联逆变器之间的比例分配。为实现上述目的，本专利技术提供一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法，包括以下步骤：1)基于VSG的有功-频率控制策略稳态呈现下垂特性，得到为等效下垂系数，通过设置等效下垂系数与逆变器容量成反比来实现并联逆变器有功功率的比例分配；2)利用分布式一致性算法对无功-电压控制策略的下垂控制进行改进，通过调整下垂曲线的偏置量来实现各并联逆变器无功功率标幺值的收敛；3)实现具有同步发电机特性的并联逆变器的有功和无功功率的合理分配。优选地，所述基于VSG的有功-频率控制策略的表示方程为：其中，J为转动惯量，D为阻尼系数，P0为有功功率参考值，Pe为电磁功率，ω0为同步电角速度，ω为实际电角速度，kω为调频系数，对公式②进行推导，当J′＝Jω0、D′＝Dω0时，公式②简化为：在稳态条件下，忽略逆变器电压电流内环控制的误差，则ωref＝ω成立，故稳态输出频率为：基于VSG的有功-频率控制策略的稳态呈现下垂特性，而为其等效下垂系数，其中D′＝Dω0，因而需要设置并联VSG逆变器的等效下垂系数与其额定容量成反比，即可满足有功功率比例分配的条件。优选地，利用分布式一致性算法对无功-电压控制策略进行改进，改进后的下垂控制方程式为：其中，kE为下垂系数，Q为逆变器输出的无功功率，Q0和E0分别为无功功率和电压参考值，和为无功功率的标幺值，其分别满足：dEi根据分布式一致性算法得到，其通过调整下垂曲线的偏置量来实现各并联逆变器无功功率标幺值的收敛，系数b的大小直接影响一致性算法的收敛速度，aij代表逆变器i与逆变器j之间的通信连接情况，如果逆变器i能直接收到逆变器j的信息，则aij＝1，否则aij＝0。本专利技术的同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法的详细控制流程如下：1)、确定基于VSG技术的逆变器的有功-频率控制方法，利用同步发电机的转子运动方程为：其中，J为转动惯量，D为阻尼系数，Pm和Pe分别为机械功率和电磁功率，在极对数为1的情况下，ω0为同步电角速度，ω为实际电角速度，θ为电角度。为了模拟同步发电机的机械特性，将转子运动方程引入到逆变器的有功-频率控制策略中，使逆变器具有惯量与阻尼特性，控制框图如附图1所示。其中，P0为有功功率参考值，kω为调频系数，ωref和θref分别为逆变器电压电流内环控制的角频率与相角给定值。参见附图1，首先同步电角速度ω0与实际电角速度ω之差乘以调频系数kω后再加上有功功率参考值P0得到机械功率Pm，机械功率Pm与电磁功率Pe之差再除以ω0为转矩差，其经过惯性与阻尼环节后得到角频率差Δω，再加上ω0之后得到角频率的给定值ωref，再积分得到相角的给定值θref。2)、将所述基于VSG的有功-频率控制策略用方程表示为：对公式②进行推导，当J′＝Jω0、D′＝Dω0时，公式②简化为：在稳态条件下，忽略逆变器电压电流内环控制的误差，则ωref＝ω成立，故稳态输出频率为：基于VSG的有功-频率控制策略的稳态呈现下垂特性，而为其等效下垂系数，其中D′＝Dω0，因而需要设置并联VSG逆变器的等效下垂系数与其额定容量成反比，即可满足各并联逆变器有功功率比例分配的条件。3)、确定基于VSG技术的逆变器的无功-电压控制方法，由于微电网孤岛运行模式下无功-电压控制的主要目的是控制逆变电源的输出电压，因此采用下垂控制，其控制框图如图2所示。其中，kE为下垂系数，Q为逆变器输出的无功功率，Q0和E0分别为无功功率和电压参考值，Eref为电压给定值。参见附图2，逆变器输出的无功功率Q减去无功功率的参考值Q0后再乘以下垂系数kE即可得到电压差ΔE，电压参考值E0减去ΔE后得到电压有效值的给定值。4)、利用分布式一致性算法对无功-电压控制策略进行改进，改进后的下垂控制方程式为：其中，为无功功率的标幺值，其分别满足：dEi根据分布式一致性算法得到，其通过调整下垂曲线的偏置量来实现各并联逆变器无功功率标幺值的收敛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于VSG的有功‑频率控制策略稳态呈现下垂特性，得到

【技术特征摘要】
1.一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于VSG的有功-频率控制策略稳态呈现下垂特性，得到为等效下垂系数，通过设置等效下垂系数与逆变器容量成反比来实现并联逆变器有功功率的比例分配；2)利用分布式一致性算法对无功-电压控制策略的下垂控制进行改进，通过调整下垂曲线的偏置量来实现各并联逆变器无功功率标幺值的收敛；3)实现具有同步发电机特性的并联逆变器的有功和无功功率的合理分配。2.根据权利要求1所述的一种同步发电机逆变器的并联功率分配控制方法，其特征在于：所述基于VSG的有功-频率控制策略的表示方程为：其中，J为转动惯量，D为阻尼系数，P0为有功功率参考值，Pe为电磁功率，ω0为同步电角速度，ω为实际电角速度，kω为调频系数，对公式②进行推导，当J′＝Jω0、D′＝Dω0时，公式②简化为：在稳态条件下，忽略逆变器电压电流内...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，赵佳乐，张波，曲伟，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国网江苏省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：河北,13