基于孤岛状态下VSG的二次调频方法

技术领域

本发明涉及分布式发电网控制领域，尤其涉及基于孤岛状态下VSG的二次调频方法。

背景技术

随着近年来，由于能源、环境、技术等因素，新能源领域得到广泛的关注和发展，分布式电源在电力系统的渗透率不断提升，与此同时，传统的同步发电机装置比例逐渐降低，电力系统的旋转备用容量及转动惯量相对减少。由于一次能源具有间歇性及不可控性，且常规的分布式并网发电控制较多采用电力电子并网逆变器模式，该模式并未体现常规电力系统固有的惯性及调频调压控制特性，这使得电网稳定性问题越发严峻。在常规的电力系统中，系统频率、电压的动态特性与发电机转动惯量及系统调频调压控制有关。而在基于电力电子逆变器并网的分布式发电系统中，若借助配备的储能环节并采用适当的并网逆变器控制算法，使基于并网逆变器的分布式电源从外特性上模拟或部分模拟出同步发电机的频率及电压控制特性。传统的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)控制采用下垂控制作为一次调频，通过改变系统的指定输入功率来实现一次调频，但是值得关注的是，在孤岛状态下，当系统突增负载时，存在一次调频无法实现系统频率的无差调节这个问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提出基于孤岛状态下VSG的二次调频方法。

为实现本发明的目的，提供基于孤岛状态下VSG的二次调频方法，基于预设的基于孤岛状态下VSG的二次调频系统，实现从虚拟同步发电机VSG到控制逆变器的二次调频；

所述基于孤岛状态下VSG的二次调频系统包括：PQ瞬时功率计算单元、分数阶PID单元、有功环单元、无功环单元、信号合成单元、电压电流双闭环控制单元和空间矢量脉宽调制单元；

所述基于孤岛状态下VSG的二次调频方法包括如下步骤：

S1：将所述虚拟同步发电机VSG的三相电压U

S2：采集所述虚拟同步发电机VSG的角频率ω，然后将其跟预设的角频率ω

S3：所述分数阶PID单元对所述角频率差值Δω进行修正并得到修正值，然后将所述修正值与预设的参数k相乘，并得到新的信号ω

S4：将所述瞬时有功功率P

S5：将所述瞬时无功功率Q

S6：所述信号合成单元将所述相位角θ和所述励磁电动势E

S7：将所述合成信号U

S8：将所述参考电压U

进一步地，所述分数阶PID单元包括：分数阶积分模块、分数阶微分模块和比例模块；

所述分数阶PID单元具体表示为如下：

其中，k

进一步地，所述步骤S4中，所述有功环单元计算并输出相位角θ的具体过程包括如下：

其中，J为虚拟同步发电机VSG的转动惯量，D为阻尼系数，k为预设的参数，ω为实际的角频率，ω

进一步地，所述步骤S5中，所述无功环单元计算并输出励磁电动势E

其中，k

进一步地，所述步骤S6中，所述信号合成单元将所述相位角θ和所述励磁电动势E

其中，θ

跟现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用传统的三相三线制逆变器的拓扑结构，将输出的角频率ω与输入的角频率ω

附图说明

图1是一个实施例的基于孤岛状态下VSG的二次调频系统的运行框图；

图2是一个实施例的基于孤岛状态下VSG的二次调频系统的模块示意图；

图3是一个实施例的分数阶PID单元的控制结构框图；

图4是一个实施例的基于分数阶PID单元的有功环单元的控制结构图；

图5是一个实施例的二次调频结果示意图；

图6为一个实施例的功率变化示意图；

图7为一个实施例的电压变化示意图；

图8为一个实施例的电流变化示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参考图1所示，图1为一个实施例的基于孤岛状态下VSG的二次调频系统的运行框图。基于孤岛状态下VSG的二次调频方法，基于预设的基于孤岛状态下VSG的二次调频系统，实现从虚拟同步发电机VSG到控制逆变器的二次调频；

如图2所示，所述基于孤岛状态下VSG的二次调频系统包括：PQ瞬时功率计算单元、分数阶PID单元、有功环单元、无功环单元、信号合成单元、电压电流双闭环控制单元和空间矢量脉宽调制单元；

所述基于孤岛状态下VSG的二次调频方法包括如下步骤：

S1：将所述虚拟同步发电机VSG的三相电压U

S2：采集所述虚拟同步发电机VSG的角频率ω，然后将其跟预设的角频率ω

S3：所述分数阶PID单元对所述角频率差值Δω进行修正并得到修正值，然后将所述修正值与预设的参数k相乘，并得到新的信号ω

S4：将所述瞬时有功功率P

S5：将所述瞬时无功功率Q

S6：所述信号合成单元将所述相位角θ和所述励磁电动势E

S7：将所述合成信号U

S8：将所述参考电压U

在一个实施例中，如图3所示，所述分数阶PID单元包括：分数阶积分模块、分数阶微分模块和比例模块；

所述分数阶PID单元具体表示为如下：

其中，k

如图5所示，是一个实施例的二次调频结果示意图。

图6为一个实施例的功率变化示意图，可以看出系统频率变化，VSG通过增发有功功率进行频率调节，而无功功率不受影响，反映了VSG有功调频、无功调压的性能。

图7为一个实施例的电压变化示意图，可以看出系统频率变化，输出的电压不受影响。

图8为一个实施例的电流变化示意图，可以看出系统频率变化，有功功率增加，输出的电压不变，电流增加，符合VSG有功调频性能。

在一个实施例中，所述步骤S4中，所述有功环单元计算并输出相位角θ的具体过程包括如下：

其中，J为虚拟同步发电机VSG的转动惯量，D为阻尼系数，k为预设的参数，ω为实际的角频率，ω

在一个实施例中，所述步骤S5中，所述无功环单元计算并输出励磁电动势E

其中，k

在一个实施例中，所述步骤S6中，所述信号合成单元将所述相位角θ和所述励磁电动势E

其中，θ

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一第二第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一第二第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一第二第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。