[发明专利]一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统

说明书

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统，包括由直流电压源、三相桥式逆变电路、LCL滤波器、公共电网、负荷及控制驱动电路构成的由虚拟同步发电机控制的并网逆变器系统，逆变器系统由有功调节器、励磁调节器、VSG算法模块和电压电流双闭环控制模块组成；通过引入同步发电机控制克服了传统并网逆变器响应速度快、惯量小的问题，可有效提升可再生能源在微网中的渗透率。将同步发电机转子的动态特性引入二阶暂态模型，消除了传统恒定阻尼系数对下垂控制的影响。此外，通过改进无功‑电压下垂控制减小了逆变器输出滤波阻抗和线路阻抗对无功功率分配的影响，保证了逆变器输出功率的合理分配。

技术领域

本发明涉及微电网逆变器领域，具体为一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统。

背景技术

近年来，环境污染和温室效应的问题日益突出。光伏、风能、燃料电池等分布式可再生能源成为了各国政府和研究人员应对该问题的有力保障。作为分布式能源和交流电网的接口，电力电子变换器是微电网的核心器件，但其不具有旋转部件，响应速度快而缺少惯性，导致在大扰动下微电网频率和电压变化较快。虚拟同步发电机(VSG)控制策略通过模拟实际发电机的有功调节器和励磁控制器的下垂机制，使逆变器具备调频调压特性。此外，通过引入转子的转动特性有效提升了微电网系统的旋转惯性，进而提高分布式可再生能源在大电网中的渗透率。

逆变器的有功调节可依据有功‐频率下垂控制保证逆变器间有功功率的合理分配，但该方案需要实时获取电网频率信息，因此需要锁相环节得知该频率进而根据预设的有功‐频率下垂系数合理分配逆变器的输出有功功率。实际同步发电机可通过转子旋转磁场获取电网频率，但逆变器不具备实际发电机的转子结构导致其无法依靠自身结构获取该信息，而必须依靠外部锁相环节检测得到该频率。但该方法在弱电网条件或者当电网发生严重畸变时影响系统的动态响应，严重时甚至会导致系统失稳。

基于传统无功‐电压下垂控制的逆变器输出无功分配精度取决于逆变器输出滤波阻抗和线路阻抗。分布式电源在微网中所处位置不同，导致其等效传输线阻抗不同；此外，由于微网系统运行条件和设计考虑互异，各分布式电源输出LCL滤波器的设计也会有差异，进而导致各逆变器等效输出滤波阻抗也不相等。这些输出阻抗的不均等会直接影响到基于下垂控制的无功功率分配，同时由于低压微电网中该等效输出阻抗一般呈阻性或阻感性，使得基于下垂控制的逆变器功率调节产生一定的耦合，影响系统的动态性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统，实现并网逆变器有功功率和无功功率的合理分配；通过改进同步发电机的二阶转子运动方程引入了转子的动态特性，减小了恒定阻尼系数对下垂控制的影响；通过改进无功‐电压下垂控制减小了逆变器输出滤波阻抗和线路阻抗对无功功率分配的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统，包括由直流电压源、三相桥式逆变电路、LCL滤波器、公共电网、负荷及控制驱动电路构成的由虚拟同步发电机控制的并网逆变器系统，逆变器系统由有功调节器、励磁调节器、VSG算法模块和电压电流双闭环控制模块组成；所述有功调节器用于模拟同步发电机的一次调频特性，采用有功-频率下垂(P-f)控制，以得到逆变器的输入机械功率给定值；励磁调节器用于模拟同步发电机的一次调压特性，采用无功-电压微分项下垂控制，表示电压幅值V随时间的变化率，通过调节电压幅值V，以减小无功功率分配对逆变器等效输出阻抗的依赖，提高无功分配精度；

VSG算法模块采用二阶暂态模型，用于模拟同步发电机的旋转转子特性，VSG算法模块基于带通滤波器得到阻尼功率，分别引入一个低频截止频率和一个高频截止频率，在低频段，带通滤波器的阻尼系数接近于零，表明稳态时阻尼功率为零且不影响下垂控制；在中频段，带通滤波器的阻尼特性消除了阻尼功率对下垂系数的影响，表明动态时产生阻尼功率以抑制虚拟逆变器的功率波动；