本發(fā)明屬于微網(wǎng)及分布式發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種vsg運(yùn)行模式切換控制方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)微源逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時，其輸出電壓的頻率與幅值受到大電網(wǎng)的鉗制，當(dāng)采用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)時，微源逆變器能夠根據(jù)大電網(wǎng)的實(shí)際需求調(diào)節(jié)自身輸出的有功與無功功率，用以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)電網(wǎng)的頻率與微源逆變器的額定頻率之間差值較大，理論上需要輸出或者吸收大量的有功功率，才能夠保持與大電網(wǎng)頻率同步，但微源逆變器實(shí)際容量有限，可能無法達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)大電網(wǎng)的電壓幅值與微源逆變器的額定電壓幅值差值較大，需要大量的無功補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)電壓平衡，此時若不考慮逆變器容量，將會導(dǎo)致逆變器過載，更嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致無功振蕩。當(dāng)大電網(wǎng)的頻率和電壓幅值發(fā)生波動時，同樣會導(dǎo)致微源逆變器輸出功率的波動。因此，若依舊依靠傳統(tǒng)的vsg控制，將無法滿足穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

傳統(tǒng)的vsg控制策略，能夠使并網(wǎng)逆變器具有同步發(fā)電機(jī)的外特性，提高逆變器的運(yùn)行性能。為了滿足電網(wǎng)復(fù)雜的工作環(huán)境要求，充分利用電力電子裝置控制靈活性的優(yōu)點(diǎn)，vsg在模擬同步發(fā)電機(jī)的外部特性的同時，還需根據(jù)實(shí)際工況需求改變控制策略。

vsg運(yùn)行模式的切換，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。通過對vsg中有功控制模塊和無功控制模塊進(jìn)行改進(jìn)，研究以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行為目的，具有一定的可行性和有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種vsg運(yùn)行模式切換控制方法，使得微源逆變器能夠在vsg控制與pq控制之間實(shí)現(xiàn)平滑切換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足電網(wǎng)復(fù)雜工作環(huán)境要求。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種vsg運(yùn)行模式切換控制方法，在有功/頻率控制模塊和無功/電壓控制模塊的pi控制環(huán)節(jié)中均增加模式切換開關(guān)，使得有功/頻率控制模塊工作在傳統(tǒng)vsg有功/頻率控制模式或恒功率控制模式，無功/電壓控制模塊工作在下垂模式或作為pi控制器。

進(jìn)一步地，在有功/頻率控制模塊中，對pi控制器進(jìn)行改良，當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道0時，有功控制環(huán)節(jié)為傳統(tǒng)vsg有功/頻率控制模式；當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道1時，有功控制環(huán)節(jié)變?yōu)楹愎β士刂颇Ｊ健?/p>

進(jìn)一步地，在無功/電壓控制模塊中，對pi控制器進(jìn)行改良，當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道0時，無功控制模塊工作在下垂模式；當(dāng)模式開關(guān)選擇通道1時，下垂系數(shù)與積分參數(shù)共同形成pi控制器。

有益效果：本發(fā)明通過對有功控制模塊和無功控制模塊進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)微源逆變器在vsg控制與pq控制之間的切換，通過對pi控制環(huán)節(jié)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行模式的無縫平滑切換，減小了對電網(wǎng)帶來的沖擊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

附圖說明

圖1是有功控制模塊控制示意圖；

圖2是無功控制模塊控制示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明所述的vsg運(yùn)行模式切換控制方法，通過對pi控制環(huán)節(jié)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)微源逆變器在vsg模式與pq模式間無縫、平滑切換，在傳統(tǒng)的visma控制模型基礎(chǔ)上，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行為目標(biāo)，從有功控制模塊和無功控制模塊進(jìn)行改進(jìn)，獲得可行有效的方案。

基于visma控制模型搭建仿真，采用本文提出的vsg運(yùn)行模式無縫切換技術(shù)，對逆變器的運(yùn)行模式進(jìn)行分析，驗(yàn)證控制策略的正確性和有效性。

在有功/頻率控制模塊中，對pi控制器進(jìn)行改良。當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道0時，有功控制環(huán)節(jié)為傳統(tǒng)vsg有功-頻率控制；當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道1時，有功控制環(huán)節(jié)變?yōu)楹愎β士刂颇Ｊ?，?dāng)切換穩(wěn)定后，通道1可以等效為比例積分器。與常規(guī)的pi控制器相比較，避免輸出電壓頻率發(fā)生突變，減少了系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)所需要的時間，保證系統(tǒng)能夠快速到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

如圖1所示，有功/頻率控制模塊對pi控制環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，s為模式切換信號，ki和kp分別為pi控制器的比例和積分參數(shù)，ts為時間常數(shù)，z^-1為延遲環(huán)節(jié)。

當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道0時，有功控制環(huán)節(jié)為傳統(tǒng)vsg有功-頻率控制，逆變器輸出電壓頻率與相角可以通過下式計(jì)算得到：

其中，tm、te和td分別是機(jī)械轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩以及阻尼轉(zhuǎn)矩；d為阻尼系數(shù)。

機(jī)械轉(zhuǎn)矩tm如下式所示：

pset為并網(wǎng)逆變器的有功指令，此時有：

ωr＝ωn(3)

其中，ωr為角速度的參考值，ωn為大電網(wǎng)角速度的額定值。

當(dāng)模式切換開關(guān)選擇通道1時，此時有功控制環(huán)節(jié)變?yōu)楹愎β士刂颇Ｊ?。?dāng)切換穩(wěn)定后，通道1可以等效為比例積分器。由于pi控制器的作用，在穩(wěn)態(tài)時有

td＝0(4)

由于vsg穩(wěn)定運(yùn)行時，角速度保持不變，因此由式1可得，等式左邊為0，當(dāng)td為0時，tm與te保持一致，即微源逆變器輸出的功率與逆變器的功率指令一致，此時微源逆變器處于恒功率控制模式。

在模式切換的過程中，角速度參考值可以表示為：

其中，△ω為pi控制模塊輸出值。

假設(shè)在由vsg模式切換至恒功率模式的瞬間，ωr的值維持不變，那么即可降低沖擊帶來的影響。當(dāng)處于vsg模式時，δω始終為0。在切換的瞬間，由于延遲環(huán)節(jié)z^-1的作用，使得ωr的值在模式轉(zhuǎn)換的前后一致，避免輸出電壓頻率發(fā)生突變。

在無功/電壓控制模塊中，對pi控制器進(jìn)行改良。無功控制模塊工作在下垂模式，按照下垂系數(shù)，輸出的電壓幅值隨著功率均分結(jié)果進(jìn)行變化，模擬同步發(fā)電機(jī)的無功/電壓控制；當(dāng)模式開關(guān)選擇通道1時，下垂系數(shù)kpq與積分參數(shù)kiq共同形成pi控制器，保證輸出功率跟隨設(shè)定值qset。同時，由于延遲環(huán)節(jié)z^-1的作用，積分環(huán)節(jié)輸出值在切換瞬間依舊為0，避免了輸出瞬間突變。

如圖2所示，無功/電壓控制模塊針對visma控制模型建立，圖中，q和qset分別為功率的實(shí)際值和功率的設(shè)定值，kpq為下垂系數(shù)，kiq為控制的積分參數(shù)，u0為電壓幅值的初始設(shè)定值，s為模式切換信號，z^-1為延遲環(huán)節(jié)。

當(dāng)s選擇通道0時，無功控制模塊工作在下垂模式，按照下垂系數(shù)，輸出的電壓幅值隨著功率均分結(jié)果進(jìn)行變化，模擬同步發(fā)電機(jī)的無功/電壓控制。

當(dāng)s選擇通道1時，下垂系數(shù)kpq與積分參數(shù)kiq共同形成pi控制器，保證輸出功率跟隨設(shè)定值qset。同時，由于延遲環(huán)節(jié)z^-1的作用，積分環(huán)節(jié)輸出值在切換瞬間依舊為0，避免了輸出瞬間突變。

本發(fā)明通過對有功控制模塊和無功控制模塊進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)電網(wǎng)的需求，實(shí)現(xiàn)微源逆變器在vsg控制與pq控制之間的切換，通過對pi控制環(huán)節(jié)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行模式的無縫、平滑切換，減小了對電網(wǎng)帶來的沖擊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。