PDF《虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略》

文献[

1 5] 在参数选取时采用标幺值相同 的方法, 实现暂态过程振荡的抑制, 但没有考虑加入 虚拟阻抗所带来的电压跌落. 综上所述, 本文对 V S G 励磁环节进行改进, 实 现在离并网过程中对励磁电压的补偿, 分析了改进 后有功功率和无功功率的调节特性;

通过加入虚拟 阻抗, 实现暂态过程的平滑过渡, 并重点对暂态过程 进行了理论分析, 得出了阻抗匹配取值方法.

1 V S G 并联功率分析 V S G 结构与控制框图如图1所示, 在同步发电 机二阶方程基础上, 采取频率控制、 电压控制和电压 电流双闭环控制.图中: Ud c i为直流母线电压;

Rf i为 线路的等效电阻之和;

Lf i 和Cf i 分别为滤波电感和 滤波电容;

P C C为公共耦合点.

9 6 第4 2卷第9期2018年5月1 0日Vol.42N o .

9 M a y1 0,

2 0

1 8 D O I :

1 0.

7 5

0 0 / A E P S

2 0

1 7

0 8

2 1

0 0

7 图1 V S G 结构及控制框图 F i g .

1 S t r u c t u r ea n dc o n t r o l b l o c kd i a g r a mo fV S G 图1拓扑结构可简化为图2, 其中UP C C ∠0 ° 为 交流母线电压, Ui∠ φ 为VSG输出电压, φ 为VSG功角, R+ j X 为等效线路阻抗. 图2 V S G 并联等效电路图 F i g .

2 P a r a l l e l e q u i v a l e n t c i r c u i t o fV S G V S G 为实现有功功率―频率、 无功功率―电压调 节, 需通过设置合适参数使等效线路阻抗呈感性, 此 时输出有功功率和无功功率分别为: P= Ui UP C C s i nφ X Q= Ui UP C C c o s φ- U2 i X ì ? í ? ? ? ? (

1 ) 根据同步发电机转子运动方程, 可得到频率控 制环节的传递函数为[

1 1 ] : ω=

1 J ωn s+D ωn ( ωn- ω) +

1 J ωn s+D ωn ( Pr e f-P) + ωn (

2 ) 式中: J 为转动惯量;

Pr e f和P分别为指令有功功率 和输出有功功率;

D 为阻尼系数;

ωn 和ω 分别为角 频率额定值和实际值. 根据嵌入的转子运动方程和无功功率―电压下 垂得到有功/无功功率控制环如图3所示. 图3 有功/无功功率控制框图 F i g .

3 C o n t r o l d i a g r a mo fa c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e r 根据图3所示功率控制框图得出有功/无功功 率闭环传递函数分别为: P( s) =( ωn- ω) U2 P C C s X+Dp U2 P C C (

3 ) Q( s) =( Um - UP C C) UP C C X+Dq UP C C (

4 ) 式中: Um 为空载输出电压幅值;

Dp 和Dq 分别为有 功和无功下垂系数.

2 励磁环节的改进 由式(

3 ) 和式(

4 ) 可见, 有功/无功功率响应只与 下垂系数及线路阻抗有关, 在有功功率表达式中, 因 线路阻抗前存在微分因子, 稳态有功功率大小仅由 下垂系数 Dp 决定, 通过对 Dp 合理设计, 即可实现 功率的自主分配[

1 6] ;

而无功功率表达式表明线路阻 抗对无功功率产生影响, 即使通过配置合适的下垂 系数 Dq 也无法实现无功功率的准确分配. 根据图3( a) , 离网运行模式时Pr e f=0, 得出VSG输出有功功率时域表达式为: P= α

1 e -

1 2 τ 1+

4 τ U i UP C CD p X ( )t + α

2 e -

1 2 τ 1-

4 τ U i UP C CD p X ( )t ≈ α

1 e -

1 2 τ

4 τ U i UP C CD p X t + α

2 e

1 2 τ

4 τ U i UP C CD p X t (

5 ) 式中: α

1 和α

2 为系数;

τ 为时间常数. 式(

5 ) 表明在 V S G 输出电压和惯性时间常数τ 不变时, 保持每台 V S G 的Dp / X 值相同, 可保证有 功功率暂态时间常数一致. 为解决线路阻抗对无功功率分配不均及加载时 造成电压跌落问题, 对励磁电压环节进行改进.如图1 ( b ) 虚线框所示, 开关切换到2时为改进励磁环 节, S