一种基于下垂控制的电压源型发电单元预同步控制方法与流程

1.本发明涉及一种基于下垂控制的电压源型发电单元预同步控制方法，属于微电网技术中的分布式发电单元控制技术。


背景技术：

2.在分布式发电技术中，电流源型发电单元对微电网的正常运行缺少电压主动支撑能力，容易对系统的稳定性造成不良影响。基于下垂控制的电压源型分布式发电单元因其具有即插即用、主动支撑的能力，成为分布式发电单元控制发展的重要方向。但电压源型分布式发电单元单机容量较小，在许多场景下需要并联使用以扩充容量。在其并联需要对其进行预同步。
3.传统的预同步控制技术采用定步长控制技术。这种控制技术中步长设置过大，精度会降低，但同步速度较快；步长设置过小，同步精度会提高，但同步速度较慢。因此，在调节过程中难以同时实现较快的调节速度和较高的调节精度。
4.微电网中应用传统的预同步控制策略，预同步并机后需要切除预同步控制部分，稳定性较差。由于电力电子装置的响应速度快，风机、光伏等电流源型变流器采用电流源型控制，需要对电网电压进行实时锁相，当切除预同步控制部分时，会造成输出电压与频率波动，进而容易造成电流源型变流器产生脱网等故障。
5.因此本发明旨在提出一种基于下垂控制的电压源型发电单元的预同步控制方法，根据逆变器输出电压相位与母线电压相位的偏差大小，改变预同步调节过程中的步长，实现在预同步过程中精度和速度的协调统一。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于下垂控制的电压源型发电单元预同步控制方法，用于电压源型分布式发电单元在并网时实现调节速度和调节精度的统一。
7.为解决技术问题，本发明的解决方案是：
8.提供一种基于下垂控制的电压源型发电单元预同步控制方法，包括以下步骤：
9.(1)利用锁相环采集计算电压源型发电单元中逆变器的输出电压相位φi和交流母线的电压相位φ
bus
，将两者做差得到相位差δφ；
10.(2)根据相位差δφ生成虚拟调节功率p
adjust
，在下垂控制中将其用于逆变器输出频率的调节，以实现对逆变器输出相位的调节；
11.(3)当检测的实时相位差δφ绝对值小于并网所允许的最大相位差φ
am
时，即完成电压源型发电单元的预同步控制。
12.作为本发明的优选方案，所述步骤(2)中，按下式计算获得虚拟调节功率p
adjust
：
13.p
adiust
＝kδφ
14.式中，p
adjust
为虚拟调节功率，k为相位调节系数，δφ为逆变器与电压母线相位
差。
15.作为本发明的优选方案，所述步骤(2)中，按下述下垂控制方程对逆变器的输出频率进行调节：
[0016][0017]
式中，ω为逆变器输出角频率，ω
ref
为逆变器输出频率参考值，m为下垂系数，p为逆变器输出有功功率，φ
am
为并网所允许的最大相位差。
[0018]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019]
1、本发明通过锁相环检测逆变器与交流母线电压相位差，并将相位差引入下垂控制中进行调节。根据相位差的大小生成相位调节的虚拟功率，实现逆变器的变步长调节，达到预同步过程速度与精度的协调。
[0020]
2、基于变步长预同步控制策略，在预同步过程完成时，调节的步长变为接近零的一个较小值，当并网或者并机后，切除预同步控制不会造成较大的电压与频率波动，因此该种控制策略可以实现并网或者并机的软切换，保证光伏、风机等电流源型控制的稳定运行，防止出现脱机等故障现象。
附图说明
[0021]
图1为本发明中预同步控制方法的流程框图；
[0022]
图2-4为两台逆变器并联时，在不同预同步控制策略下逆变器输出电压与母线电压相位差的变化示意图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对发明的技术方案进行详细的说明。
[0024]
本发明的创新之处是将预同步过程中逆变器与交流电压母线之间的相位差引入到下垂控制调节方程中去，根据相位差的大小改变预同步过程中的步长，实现预同步过程中速度和精度的相统一。
[0025]
如图1所示，基于下垂控制的电压源型发电单元预同步控制方法，包括以下步骤：
[0026]
(1)利用锁相环采集计算电压源型发电单元中逆变器的输出电压相位φi和交流母线的电压相位φ
bus
，将两者做差得到相位差δφ；
[0027]
(2)根据相位差δφ生成虚拟调节功率p
adjust
，在下垂控制中将其用于逆变器输出频率的调节，以实现对逆变器输出相位的调节；
[0028]
按下式计算获得虚拟调节功率p
adjust
：
[0029]
p
adjust
＝kδφ
[0030]
按下述下垂控制方程对逆变器的输出频率进行调节：
[0031]
[0032]
式中，p
adjust
为虚拟调节功率，k为相位调节系数，δφ为逆变器与电压母线相位差。ω为逆变器输出角频率，ω
ref
为逆变器输出频率参考值，m为下垂系数，p为逆变器输出有功功率，φ
am
为并网所允许的最大相位差。
[0033]
在具体的下垂控制过程中，将根据步骤(1)实时采集计算得到的逆变器与电压母线相位差δφ与并网所允许的最大相位差φ
am
进行差值计算：
[0034]
如果δφ＞φ
am
，则在下垂控制中按ω＝ω
ref-m(p p
adjust
)对逆变器的输出频率进行调节；如果δφ＜-φ
am
，则在下垂控制中按ω＝ω
ref-m(p-p
adjust
)对逆变器的输出频率进行调节；如果-φ
am
＜δφ＜φ
am
，则在下垂控制中按ω＝ω
ref-mp对逆变器的输出频率进行调节。根据相位偏差的大小，改变预同步过程中步长的大小。
[0035]
(3)当检测的实时相位差δφ绝对值小于并网所允许的最大相位差φ
am
时，即完成电压源型发电单元的预同步控制。
[0036]
具体的应用示例：
[0037]
图2-4为两台逆变器并联，在不同预同步控制策略下，逆变器输出电压与母线电压相位差的变化。其中，图2为自适应步长控制下逆变器输出电压与母线电压相位差的变化过程；图3为大步长控制下逆变器输出电压与母线电压相位差变化过程；图4为小步长控制下逆变器输出电压与母线电压相位差变化过程。
[0038]
如图2所示，在自适应步长控制策略，预同步开始阶段，相位差变化较快，当两者相位接近一致时，相位差变换速度减小，在1.35s完成预同步过程，从而实现预同步过程中的速度与精度的相统一。
[0039]
如图3所示，采用较大定步长进行调节，经过0.93s完成预同步过程，预同步的速度较快，但精度偏低。
[0040]
如图4所示，采用较小的步长进行调节，经过5.8s完成预同步过程，预同步的速度较慢，同步精度较高。
[0041]
通过以上三种控制方式的对比，可以看出采用变步长的预同步控制技术，可以兼顾预同步的速度和精度，优化了逆变器的预同步过程。
[0042]
综上所述，本发明采用一种基于下垂控制的电压源型发电单元预同步控制方法，通过将逆变器与交流母线间的电位差引入到下垂控制方程中进行调节，根据相位差大小调节预同步步长，能够很好地实现预同步速度与精度的相协调。