一种计及线路阻抗的多虚拟同步机并联无功功率-电压精确下垂控制方法技术

本发明专利技术公开了一种计及线路阻抗的多虚拟同步机并联无功功率

【技术实现步骤摘要】
一种计及线路阻抗的多虚拟同步机并联无功功率
‑
电压精确下垂控制方法


[0001]本专利技术涉及分布式发电微电网逆变器控制领域，特别是涉及一种计及线路阻抗的多虚拟同步机并联无功功率
‑
电压精确下垂控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电技术的日益成熟，微电网技术备受关注。微电网包含分布式微源 (distributed generation,DG)、储能、变流器、负荷、保护及控制设备等，既可与主网连接并网运行，也可脱离主网孤岛运行。当微电网呈现孤岛运行状态时，其控制模式主要分为两种：主从控制和对等控制。主从控制结构简单，但系统稳定性差、运行成本高，不利于大规模推广应用。对等控制模式可实现不同DG之间彼此独立控制，能在无通讯状态下快速实现负荷扰动响应，极大的改善了系统供电可靠性和运行的经济性，故采用对等控制的分布式微电网成为研究热点之一。
[0003]当前基于对等控制模式的分布式微电网，各DG一般采用下垂控制，但随着其迅速发展，低惯量、欠阻尼的运行特性不容忽视。为提高微电网运行的安全性与稳定性，国内外学者提出了虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。通过模拟同步机组的机电暂态特性，在下垂控制的基础上增加了惯量和阻尼环节。当发生负荷扰动时，可及时提供惯量支撑，避免系统发生大规模振荡，已有实验和实际工程均验证了此项控制策略的有效性。然而，当不同分布式微源并联运行时，由于彼此之间的容量互异、位置分散，系统的输出线路阻抗及控制电压无法匹配。其功率输出存在耦合度高、分配精度低等问题，无法实现无功功率
‑
电压的精确下垂控制。当功率输出存在偏差时，易产生过大的系统环流和损耗，恶化了系统的电能质量。
[0004]针对上述问题，国内外学者在传统VSG控制的基础上提出了多种解决方案，主要可归为三类。第一类方案是在分析功率耦合的基础上，引入虚拟阻抗控制来改善系统等效输出阻抗，从而实现阻抗匹配及功率解耦，优化系统无功功率分配精度。但虚拟阻抗的引入会造成公共交流母线电压的跌落过大，无法兼顾系统的电能质量。为改善等效输出电压，第二类方案主要提出了基于自适应虚拟阻抗的无功功率—电压控制，通过在虚拟阻抗上增加自适应无功扰动量，提高供电系统的电能质量。但其利用同步通信完成信息交互，对实时通信环节要求较高，信息精确性差。第三类方案是基于集中通讯方式的频率、电压二次调节控制，其通过补偿了一次调节的误差，提高了系统的频率、电压稳定性。但该方案对信息传输的准确性要求较高，且通信的延时会降低系统控制的灵活性与稳定性。
[0005]综上，目前线路阻抗差异引起的无功功率
‑
电压精确控制的相关问题还并未得到充分解决。大部分控制方案关注于线路首端的无功功率分配及输出电压的精确控制，且过度依赖于通信环节的稳定性和信息的准确性，鲜有考虑线路末端(用户侧)的无功功率
‑
电压精确下垂控制效果和本地信息控制量的作用。

技术实现思路

[0006]为满足不同分布式微源“即插即并”和无功功率精确分配以及用户侧电压精确下垂的综合控制目标，本专利技术在VSG控制的基础上提出一种考虑线路参数的无功功率
‑
电压综合控制策略。具体技术方案如下。
[0007]一种计及线路阻抗的多虚拟同步机并联无功功率
‑
电压精确下垂控制方法，其特征在于，所述方法通过结合本地信息控制量，补偿线路阻抗压降，将控制电压前移至公共连接点 (point of common coupling,PCC)，完成无功功率的精确分配及U
PCC
的精确下垂控制。同时，通过引入虚拟负阻抗控制，实现功率解耦，改善系统动态性能。具体策略如下：
[0008]1)结合本地信息控制量，提出无功
‑
电压改进控制方案。将无功电压控制环节中的 VSG输出侧电压U0经线路参数压降ΔU
line
补偿，换算为公共连接点电压U
PCC
，补偿不同DG 因线路阻抗差异引起的电压偏差，确保控制电压的一致性，在完成无功功率的精确分配的同时实现了用户侧无功功率与U
PCC
的精确下垂控制，优化了公共连接点电压，进一步满足不同分布式微源“即插即并”的控制要求。2)为实现功率解耦及动态调节过程中的独立控制，引入“虚拟负阻抗”的控制，等效实现系统输出阻抗特性的改变，在负荷功率变化时降低系统环流。
附图说明
[0009]图1为多分布式微源并联运行结构示意图；
[0010]图2为双机并联VSG等效电路示意图；
[0011]图3为改进VSG无功
‑
电压控制框图；
[0012]图4为综合控制策略框图；
[0013]图5(a)为传统VSG控制功率输出波形图；
[0014]图5(b)为动态虚拟阻抗控制功率输出波形图；
[0015]图5(c)为本专利技术所提综合控制功率输出波形图；
[0016]图6为采用不同控制策略时公共连接点电压U
PCC
的有效值；
[0017]图7为采用不同控制策略时无功
‑
电压拟合下垂曲线；
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0019]本专利技术所提的多虚拟同步机并联无功功率
‑
电压精确下垂控制方法其应用场景针对的是采用VSG控制的多机并联运行结构，其典型结构如图1所示。图中，各逆变器通过LC 滤波器消除高次谐波后接入公共连接点，为公共负荷Z
load
供电。其中：i
m
、u
m
(m＝1,2,
…
,n)分别为输出电流和输出电压，L
m
、C
m
分别为滤波电抗和滤波电容，Z
linem
为线路阻抗，U
PCC
为公共连接点电压。
[0020]图2为图1中的双机并联系统等效电路示意图。图中，E
i
和δ
i
(i＝1,2)为等效电压源输出的幅值和相角，δ
i
通常很小，可近似看作sinδ
i
＝δ
i
，cosδ
i
＝1，Z
i
为等效输出阻抗，为等效输出阻抗角，I
i
、I0、I
cc
分别为VSG输出电流、负载电流、系统环流。
[0021]当系统等效输出阻抗呈现感性时，即X
i
>>R
i
时，可认为等效输出阻抗角此
时VSG单相输出有功功率、无功功率表达式为：
[0022][0023]由上式可知，等效输出阻抗呈感性时，系统输出有功、无功分别和相角δ
i
与电压偏差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及线路阻抗的多虚拟同步机并联无功功率
‑
电压精确下垂控制方法，其特征在于，所述方法结合本地信息控制量，改进无功功率
‑
电压控制方案，将无功电压控制环节中的虚拟同步机(VSG)输出侧电压U0，经线路参数压降ΔU
line
补偿后，换算为公共连接点电压U
PCC
，确保控制电压的一致性，从而实现线路阻抗不匹配时用户侧无功功率的精确分配；具体步骤如下：步骤1：在VSG输出端口，即线路阻抗首端，采集电流i
oabc
与电压U
oabc
，经Park变换获取VSG输出侧电流、电压的dq分量，即i
o_d
、i
o_q
、U
o_d
、U
_oq
；步骤2：依据VSG输出侧电流、电压的dq分量，应用瞬时功率理论获取VSG输出侧有功功率P
e
及无功功率Q
e
，完成VSG控制；步骤3：依据本地线路阻抗L
line
、R
line
的参数信息，补偿线路阻抗参数压降ΔU
line
，获取的公共连接点电压U
PCC
为：步骤4：将无功
‑
电压控制环节中的VSG输出侧电压U0换算为公共连接点电压U
PCC
，补偿不同DG因线路阻抗差异引起的电压偏差，确保控制电压的一致性，改进后，系统处于稳态工作时的无功功率表达式如下所示，可知，改进后无功功率分配仅与额定输出电压幅值E0和无功下垂系数D
q
有关，能在稳态工作实现无功功率的精确分配的同时控制线路末端PCC点电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，马宏斌，贾焦心，
申请(专利权)人：保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：