PDF《负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制》

1 ) 式中: Pm 为有功功率参考值;

Pe 为LVSM实际吸 收的有功功率;

δ 为LVSM的功角;

ωn 为额定角频 率;

Δ ω 为LVSM角频率相对于ωn 的偏差;

J 为转 动惯量;

D 为阻尼系数. 图2中蓝色方框部分模拟同步电机励磁调节惯 性, 主要由一个积分环节( 见式( 2) ) 构成, 确保无功 功率无差控制. E=Δ E+ Un d Δ E d t =K( Qe-Qm) ì ? í ? ? ? ? (

2 ) 式中: Qm 为无功功率参考值;

Qe 为LVSM实际吸 收的无功功率;

Un 为额定电压有效值;

E 为虚拟内 电势;

Δ E 为E 相对于Un 的偏差;

K 为无功功率积 分系数, 使无功功率具备 合适的响应速度.Pe 和Qe 可通过瞬时功率理论计算. 为降低三相电压不对称时瞬时功率2倍工频脉 动量的影响, 取其半工频周期的平均值为:

1 0

1 胡文强, 等 负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制 Pe =

2 Tl i n e ∫ ( ua i a +ub i b +uc i c) d t (

3 ) Qe =

2 Tl i n e ∫ i a( ub -uc) + i b( ua -uc) + i c( ua -ub)

3 d t (

4 ) 式中: Tl i n e为工频周期;

ua, ub, uc 为并网点电压( 也 即滤波电容电压) ;

i a, i b, i c 为滤波电感电流. 如图2所示, L V S M 控制策略包含下垂控制环 节( 见式(

5 ) ) , 使LVSM能够自动响应电网频率/电 压的变化: 调整有功/无功功率参考值, 参与电网调 压调频.变低频/低压切负荷为降负荷, 降低机组备 用容量, 减少瞬时有功功率缺额和无功补偿设备投资. Pm =Ps e t-Kf( ωn- ωg) Qm =Qs e t-Kv( Un- Ug) { (

5 ) 式中: ωg 为电网角频率;

Ug 为电网电压有效值;

Ps e t 为负荷额定有功功率;

Qs e t为负荷额定无功功率;

Kf 为频率调节系数;

Kv 为电压调节系数.本文在下 垂环节中加入饱和限幅环节, 以防 L V S M 功率超过 开关器件自身允许容量. 考虑到虚拟阻抗与电流环控制均在电网电压同 步旋转参考系下实现, 利用δ 和E 可直接得到虚拟 内电势在电网电压同步旋转参考系下的瞬时值, 与 传统 V S G 算法相比, 可减少一次坐标变换, 提高算 法运行效率. e? d q 与并网点电压ud q =[ ud , u q ] T 比 较后经虚拟阻抗控制得到电流环参考值i? d q =[ i? d , i? q ] T .虚拟阻抗控制可表示为: i? d i? q é ? ê ê ù ? ú ú = Yv e? d - ud e? q - u q é ? ê ê ù ? ú ú Yv=

1 r

2 v+( ωn Lv)

2 r v ωn Lv - ωn Lv r v é ? ê ê ù ? ú ú ì ? í ? ? ? ? ? ? (

6 ) 式中: r v 为虚拟电阻;

Lv 为虚拟电感. 虚拟阻抗控制模拟同步机定子电气特性, 同时 增大 L V S M 的输出阻抗, 有利于抑制多机并联可能 存在的环流问题[

1 6] .由于 L V S M 的有功和无功控 制中均存在积分环节, 可实现并网功率与设定值相 同, 所以式(

6 ) 中的虚拟阻抗参数选择并不依赖于精 确的电路 参数[

2 3] .通过设置ωn Lv ?r v 有助于有功/无功功率的解耦控制[ 9] . ud q 由式(

7 ) 计算得到. ud q =[ ud , u q] T =Ca b c / d q[ ua, ub, uc] T (

7 ) Ca b c / d q =

2 3 c o s θ c o s ( θ-1

2 0 ° ) c o s ( θ+1

2 0 ° ) s i n θ - s i n ( θ-1

2 0 °) - s i n ( θ+1

2 0 °) é ? ê ê ù ? ú ú (

8 ) 式中: θ 为并网点电压相位. 考虑到基于 S OG I的锁相环( S OG I G P L L) 具有 良好的抗谐波干扰能力, 本文对并网点a相电压ua 进行S OG I G P L L运算, 获取电网电压相位θ, 确保电 网电压同步旋转参考系的d 轴跟随电网电压 a相 分量. 此外, 引入基于比例―积分( P I ) 控制器的d q 坐 标系解耦控制单电流环, 用于提高 L V S M 的响应速 度与交流侧电能质量.通过上述拓扑结构与控制策 略, 不仅使 L V S M 在运行外特性上与同步电机 等效, 同时具备主动参与电网调频调压的能力. 1.