[发明专利]基于虚拟电流的VSG预同步控制方法及其并网方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟电流的VSG预同步控制方法，包括获取VSG和HDG‑MG的输出端实时电压值；构建连接VSG和HDG‑MG的虚拟电阻并设定阻抗计算得到VSG和HDG‑MG之间的虚拟电流值；变换虚拟电流值得到d轴电流和q轴电流；计算得到的VSG预同步幅值控制量和VSG预同步相位控制量，完成基于虚拟电流的VSG预同步控制。本发明还公开了一种包括所述基于虚拟电流的VSG预同步控制方法的并网方法。本发明通过创新的控制环路设计，不仅实现了VSG预同步控制和对应的VSG并网，而且本发明方法能够保证系统频率变化平稳，改善预同步过程中VSG的频率稳定性，可靠性更高，实用性更好。

技术领域

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种基于虚拟电流的VSG预同步控制方法及其并网方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能以及广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保证电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

目前，虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)及相关技术已经广泛应用于电网系统。虚拟同步发电机VSG与含异构微源孤岛微电网(heterogeneous DGsinclude in island microgrid,HDG-MG)的并网研究，也受到了研究人员的重视。

目前，虚拟同步发电机VSG与含异构微源孤岛微电网HDG-MG的并网控制过程，如图1所示：图中的虚线框部分为现有的基于相差控制的虚拟同步发电机VSG的预同步控制策略。图中，U_abc,g、θ_g分别为HDG-MG的电压和相位；D_p、J分别为VSG的阻尼系数和虚拟惯量；ω_n、U_n分别为额定角速度和额定电压幅值；P_ref、Q_ref分别为有功和无功参考值；P_e、Q_e为电磁功率；U_abc,VSG为VSG的输出电压，K_s为无功调节系数；θ_VSG、E分别为VSG电动势电压的相位和幅值；ΔU、Δω分别为VSG幅值补偿量和频率补偿量。

当VSG需要并网时，中央控制器发出预同步指令，锁相环(phase locked loop,PLL)将检测到的VSG和HDG-MG的电压相位传输到相角控制器中，将相位作差后通过PI控制器形成频率补偿量加入VSG有功环(图中θ_VSG对应的控制回路)。同样地，幅值差经幅值控制器形成幅值补偿量加入VSG无功环(图中E对应的控制回路)。当VSG的频率、相位和幅值满足并网标准后，控制器发出并网指令，隔离开关S闭合，完成同步。

但是，一方面，基于相差控制的VSG预同步控制策略需要PLL获取相位信息，影响弱电网系统的稳定性和控制器的动态性能；另一方面，该策略在实际应用中会产生相角差跳变问题，导致同步时间增加，甚至系统失稳；具体分析如下：

电压相角的变化范围是0～2π，且每个周期内均存在从2π到0的跳变。由于两个系统的电压相角不可能完全相等，跳变也将发生在不同时刻，导致HDG-MG与VSG的相角差出现周期性跳变。相位差跳变机理如图2所示，假设HDG-MG与VSG频率已经实现同步，HDG-MG电压相角θ_g超前VSG输出电压的相角θ_VSG，相角差为θ_e＝θ_g-θ_VSG。t₁时刻，θ_g达到最大值2π并将在下一刻跳变为0。然而，由于θ_VSG的滞后，θ_VSG还没有达到峰值，θ_g却减少了2π，所以t₁～t₂内的相角差则变为θ_e-2π。

忽略积分器作用，单位周期内VSG相角的调节量Δθ为：