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      基于虛擬同步發電機的不平衡電壓控制方法與流程

      文檔序號:11253264
      基于虛擬同步發電機的不平衡電壓控制方法與流程

      本發明涉及一種發電機控制技術,特別涉及一種基于虛擬同步發電機的不平衡電壓控制方法。



      背景技術:

      隨著經濟的快速發展,全球能源危機和環境問題的日益加強。同時,煤、石油等傳統能源對環境的污染加重,因此,針對新能源合理應用的分布式發電得到越來越多的關注。由于大多數分布式能源都要通過逆變器接入電網,所以逆變器控制技術的研究顯得尤為重要。伴隨著更多的控制方法的研究與應用,一些更為先進的控制策略被逐步應用在系統中。其中,智能控制更是被越來越廣泛的應用。

      虛擬同步發電機,是在基于電力電子逆變器并網的分布式發電系統中,借助配備的儲能環節,并采用適當的并網逆變器控制算法,使基于并網逆變器的分布式電源從外特性上模擬或部分模擬出同步發電機的頻率及電壓控制特性,從而改善分布式系統的穩定性。

      大部分控制都是在電網平衡條件下進行的,未考慮不平衡條件。電網實際運行時,電網不平衡現象經常發生,若在逆變器控制策略設計過程中,未對不平衡情況進行設計。若電網發生不平衡現象,會使逆變器性能下降,嚴重時會導致逆變器損壞。其中,電網三相不平衡是逆變器設計中主要考慮的方面

      當電網出現不平衡時,不平衡的電網電壓會使逆變器輸出電壓也同樣出現不平衡情況,使輸出電壓含有負序分量,從而影響三相逆變器的正常運行。通過抑制負序電壓分量來使電壓達到平衡。



      技術實現要素:

      本發明是針對電網不平衡影響三相逆變器的正常運行的問題,提出了一種基于虛擬同步發電機的不平衡電壓控制方法,在虛擬同步發電機的基礎上,在離網條件下對L型濾波器提供一種平衡電壓控制方法,該方法在原有虛擬同步發電機控制方法的基礎上,提出一種負序電壓控制策略。該方法可以使系統在不平衡的條件下迅速有效地達到平衡。

      本發明的技術方案為:一種基于虛擬同步發電機的不平衡電壓控制方法,虛擬同步發電機三相并網逆變器包括直流電壓源U、三相逆變器、L濾波器、檢測L濾波器輸出端電壓的電壓檢測器、檢測三相逆變器輸出電流的電流檢測器、虛擬勵磁機、虛擬電動機、功率檢測器、虛擬同步發電機算法模塊、電壓正負序分離模塊及PWM驅動模塊,直流電壓源電壓進入三相逆變器,經過轉換產生交流電壓,產生的電壓送入L濾波器,濾波后輸出并網端,系統控制方法具體如下:

      通過虛擬勵磁機、虛擬電動機及功率檢測器計算出實時有功功率和無功功率,送入虛擬同步發電機算法模塊,通過計算轉換實時有功功率得到虛擬同步發電機的機械轉矩,機械轉矩與轉動慣量通過數學關系計算出電網的同步角速度和同步發電機的機械角速度;實時無功功率通過計算得到參考電壓;

      L濾波器后的電壓檢測信號ua,ub,uc送入電壓正負序分離模塊,通過正負序分離分離結構,將電壓ua,ub,uc分成正序電壓分量up和負序電壓分量un,再分別對正負序電壓分量進行處理;

      正序分量處理:將兩相旋轉坐標系下的電壓正序分量與參考電壓做差,所得的值經過PI處理之后作為參考電流與三相逆變器輸出的實時電流的正序分量ip進行比較處理;

      負序分量處理:將兩相旋轉坐標系下的電壓負序分量與參數零做差,所得的值經過PI處理之后得到參考電流與三相逆變器輸出的實時電流的負序分量in進行比較處理;

      正負序電壓分量處理得到的結果再由兩相坐標系轉換到三相坐標系,轉換后輸出信號再送入SPWM模塊中,由SPWM模塊輸出開關驅動信號,該信號經過驅動電路后控制逆變器開關的接通與關斷,從而控制并網逆變器系統。

      本發明的有益效果在于:本發明基于虛擬同步發電機的不平衡電壓控制方法,與現有的離網不平衡電壓控制方法相比,本發明采用電壓正負序分離的方法解決電網不平衡狀態下不平衡電壓的控制,能夠使不平衡電壓得到有效的抑制,從而使電網恢復平衡;本發明提出控制方法,擁有控制精度高,響應速度快等優點,可推廣到其它單相或者三相并網逆變器的控制方法當中。

      附圖說明

      圖1為本發明基于虛擬同步發電機三相并網逆變器不平衡電壓控制方法的整體結構框圖;

      圖2為本發明負序電壓控制策略框圖;

      圖3為本發明平衡電壓控制仿真圖。

      具體實施方式

      如圖1為本發明提出的一種在離網狀態下,基于虛擬同步發電機三相并網逆變器不平衡電壓控制方法的整體結構框圖,系統主要包括直流電壓源U、三相逆變器、L濾波器、檢測L濾波器輸出端電壓的電壓檢測器、檢測三相逆變器輸出電流的電流檢測器、虛擬勵磁機、虛擬電動機、功率檢測器、虛擬同步發電機算法模塊、電壓正負序分離模塊及PWM驅動模塊。直流電壓源提供700V的電壓,進入三相逆變器,經過轉換產生交流電壓,產生的電壓送入L濾波器,濾波后輸出并網端。通過虛擬勵磁機、虛擬電動機及功率檢測器計算出實時有功功率和無功功率,送入虛擬同步發電機算法模塊,通過計算轉換實時有功功率得到虛擬同步發電機的機械轉矩,機械轉矩與轉動慣量通過數學關系計算出電網的同步角速度和同步發電機的機械角速度(也就是電氣角速度);實時無功功率通過相關計算得到參考電壓。然后,L濾波器后的電壓檢測信號ua,ub,uc送入電壓正負序分離模塊,通過正負序分離分離結構,將電壓ua,ub,uc分成正序電壓分量up和負序電壓分量un,再分別對正負序電壓分量進行處理;將兩相旋轉坐標系下的電壓正序分量與參考電壓做差,所得的值經過PI處理之后作為參考電流與三相逆變器輸出的實時電流的正序分量ip比較處理;再對負序分量進行處理,與正序分量相似,但實驗目的為控制電壓的負序分量為零,因此,負序分量與參數零做差,所得的值經過PI處理之后得到參考電流與三相逆變器輸出的實時電流的負序分量in進行比較處理;得到的結果再由兩相坐標系到三相坐標系轉換。最后轉換后輸出信號再送入SPWM模塊中,由SPWM模塊輸出開關驅動信號,該信號經過驅動電路后控制逆變器開關的接通與關斷,從而控制并網逆變器系統。

      為說明本發明的正確性和可行性,對一臺L型三相并網逆變器系統進行仿真驗證。仿真參數為:直流電壓源電壓700V,電網電壓有效值220V,SPWM的開關頻率為15KHz,L型濾波器參數為L1=10mH。

      虛擬同步發電機將有功、無功功率轉化為虛擬同步發電機的電勢電壓向量為

      其中θ=∫ωdt(ω為同步發電機的機械角速度)為虛擬同步發電機的相位??蓪崿F在三相電網電壓平衡時向電網注入恒定的功率,并可為電網提供慣性和阻尼支持。

      電動勢U可分解為正序分量、負序分量和零序分量,且采用無中線連接的三相橋式逆變器,因此不考慮零序電動勢的影響

      其中UP、UN分別為正負序分量的峰值,αuP、αuN分別為正負序電動勢的初相角。

      兩相旋轉坐標系下三相不平衡時逆變器輸出瞬時功率為:

      式中p0、p1、p2分別表示有功功率的平均值、余弦諧波峰值和正弦諧波峰值,q0、q1、q2分別表示無功功率的平均值、余弦諧波峰值和正弦諧波峰值;d相旋轉坐標系下有功電壓和電流為q相旋轉坐標系下有功電壓和電流為d相旋轉坐標系下無功電壓和電流為q相旋轉坐標系下無功電壓和電流為因此,只要處理掉負序電壓分量,功率平衡也能解決。

      因此,在不平衡電網電壓下,平衡電壓的控制方案如圖2。

      圖3為采用抑制電壓負序分量策略后得到的平衡電壓控制波形。從圖中可以看出,在電網電壓三相不平衡時,逆變器輸出的電壓仍保持三相對稱。其負序分量得到抑制。從而可以得出,加入負序電壓控制之后,VSG可以輸出平衡的三相電壓。

      再多了解一些
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