CN110429659A - 虚拟同步逆变器的动态功角调整方法、系统及相关组件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法，包括：判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；如果是，按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；判断所述实时功角是否超过第二预警角度；如果是，将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。本申请中第一预警角度到第二预警角度之间的参考输入功率可调，从而减速面积比固定参考输入功率时更大，增大了极限切除角，同时不影响稳态时逆变器的正常运行，提高了虚拟同步逆变器的暂态功角稳定型，有助于提高微电网的运行可靠性。相应的，本申请还公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整系统、装置及可读存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及微电网控制领域，特别涉及一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法、系统及相关组件。
背景技术
当前，运行状态良好的微电网具备可以同时在孤岛与并网状态下稳定运行的能力，并可以实现孤岛与并网运行模式的无缝切换，有效地提高了电力系统供电可靠性。
在微电网中，虚拟同步逆变器通过模拟传统同步发电机的转子摇摆方程，并实时改变内部开关管控制信号的占空比有效的模拟了同步发电机输出外特性，同时有效克服了传统逆变器低惯性、弱阻尼等问题，具有良好的动态特性。但另一方面随着虚拟同步逆变器的虚拟惯性增大，虚拟同步逆变器在产生大扰动现象时更容易发生功角失稳。
现有的大扰动功角调节策略大多着眼于逆变器自身控制参数的改变，并且在不同的情况下有不同的控制参数切换。随着微电网规模的扩大，使用切换虚拟同步逆变器控制参数的自适应方法已经难以适应大型微电网，参数切换过程的任意组合会在虚拟同步逆变器的运行过程中产生振荡，可能会使得系统的稳定性问题愈发复杂。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法、系统及相关组件。其具体方案如下：
一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法，包括：
判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；
如果是，按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；
判断所述实时功角是否超过第二预警角度；
如果是，将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。
优选的，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
Pin＝Pref-Pref·k·(θ-π/2)，k＞2/π且θ1＜θ＜θ2；
其中，Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k为比例系数，θ为所述实时功角；θ1和θ2分别为所述第一预警角度和所述第二预警角度。
优选的，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
其中，Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k1和k2分别为第一比例系数和第二比例系数，且0＜k1＜2/π，θ为所述实时功角，θref＝(1-k1)/k2+π/2，θ1和θ2分别为所述第一预警角度和所述第二预警角度。
优选的，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
Pin＝k3Pref；
其中Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k3为小于1且不小于0的比例系数。
优选的，所述判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度之前，还包括：
判断所述虚拟同步逆变器的实时功角是否稳定；
如果否，执行所述判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度的步骤。
优选的，所述第一预警角度为90°，所述第二预警角度为180°。
相应的，本发明公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整系统，包括：
第一判断模块，用于判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；如果是，触发功率调整模块；
所述功率调整模块，用于按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；
第二判断模块，用于判断所述实时功角是否超过第二预警角度；如果是，触发动作模块；
所述动作模块，用于将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。
相应的，本发明还公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤。
相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤。
本发明公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法，包括：判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；如果是，按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；判断所述实时功角是否超过第二预警角度；如果是，将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。本发明中第一预警角度到第二预警角度之间的参考输入功率可调，从而减速面积比固定参考输入功率时更大，增大了极限切除角，同时不影响稳态时逆变器的正常运行，提高了虚拟同步逆变器的暂态功角稳定型，有助于提高微电网的运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤流程图；
图2为传统扰动功角调整的原理示意图；
图3a为本发明实施例中进行动态功角调整的一种原理示意图；
图3b为本发明实施例中进行动态功角调整的一种原理示意图；
图3c为本发明实施例中进行动态功角调整的一种原理示意图；
图4为本发明实施例中一种虚拟同步逆变器的动态功角调整系统的结构分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的大扰动功角调节策略大多着眼于逆变器自身控制参数的改变，并且在不同的情况下有不同的控制参数切换。随着微电网规模的扩大，使用切换虚拟同步逆变器控制参数的自适应方法已经难以适应大型微电网，参数切换过程的任意组合会在虚拟同步逆变器的运行过程中产生振荡，可能会使得系统的稳定性问题愈发复杂。本发明中第一预警角度到第二预警角度之间的参考输入功率可调，从而减速面积比固定参考输入功率时更大，增大了极限切除角，同时不影响稳态时逆变器的正常运行，提高了虚拟同步逆变器的暂态功角稳定型，有助于提高微电网的运行可靠性。
本发明实施例公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法，参见图1所示，包括：
S1：判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；
进一步的，步骤S1所述判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度之前，还可以包括：
判断所述虚拟同步逆变器的实时功角是否稳定；
如果否，执行步骤S1所述判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度的步骤。
如果是，则意味着虚拟同步逆变器的实时功角稳定，暂时不需要进行后续判断和功率调节。
可以理解的是，第一预警角度设置为虚拟同步逆变器不稳定且处于减速范围内的某一角度，通常来说，如果在判断第一预警角度之前，提前判断其实时功角是否稳定，可以更快速了解和判断虚拟同步逆变器的工作状态，从而及时调整动态功角。
S2：如果是，按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；
与传统的逆变器相比，虚拟同步逆变器最重要的一个特点便是模拟了传统同步发电机的转子运动过程。模拟传统同步发电机运行的优点在于可以提高电力系统惯性，模拟调速过程、提供惯性支撑并有助于建设友好型微电网。但传统的同步发电机阶次高、结构复杂，结构类型多样，一方面为了降低逆变器模拟同步发电机运行的难度同时尽可能降低逆变器的系统阶次，另一方面为了尽可能有效地模拟同步发电机的运行特性，选用二阶同步发电机转子运动方程：
上式中：Pref为虚拟同步逆变器的额定输出有功功率，也即本实施例中的参考输入功率；Pout为虚拟同步逆变器的实时输出有功功率；J为系统转动惯量，决定了系统惯性的大小；Dp为阻尼系数，决定了虚拟同步逆变器有功-频率调节的能力；wo为参考角速度，可通过锁相环得到，若忽略公共电网的频率波动，也可设置为恒定值；wout为逆变器内部旋转角速度，经过积分可以得到虚拟同步逆变器实时的相角，Δw为逆变器输出电压与电网电压角频率差，将其积分后得到的相角θ定义为系统稳态功角。
在不考虑系统谐波、忽略额外损耗、假设虚拟同步逆变器运行在平衡的三相正序条件下，在电力系统中，认为线路网络为感性网络，可忽略电阻对逆变器输出功率的影响，则得到如下表达式：
其中XΣ为线路总电感值，Um、Eg分别为逆变器内电势与网侧电压有效值。系统稳定时，忽略阻尼部分，此时Pref＝Pout，稳态功角θ为定值。由该式可知，逆变器输出功率的功角运行特性曲线为正弦波，其幅值只由虚拟同步逆变器的内电势、网侧电压与线路总电感值决定。虚拟同步逆变器输出功率的功角运行特性曲线如图2中曲线L1所示，Pin为参考输入功率，如图2中所示，运行时Pin＝Pref。
实际上，图2为传统的虚拟同步逆变器发生大扰动时的动态功角调整过程，正常状态下，虚拟同步逆变器的功角运行曲线为L1，当发生故障扰动，虚拟同步逆变器的功角运行特性曲线为L’1，实时功角没有突变，参考输入功率Pref不变，其加速面积为a-b-c-d，接着故障被切除，虚拟同步逆变器的运行特性曲线恢复到L1，虚拟同步逆变器开始加速，其减速面积为d-e-f-g，只有当减速面积与加速面积相等，虚拟同步逆变器才能最终达到稳态。需要注意的是，虚拟同步逆变器所允许的最大功角为功角运行特性曲线L1与Pin的相交点并且相交点所对应的相角大于90°的点处的功角θcr1，被称作极限切除角，不论是加速还是减速过程都不得超过逆变器的极限切除角。
而本实施例中，参考输入功率Pin可调，由此能够增加减速面积，增大极限切除角的度数，同样的减速面积，需要达到的最大功角明显减小，动态功角的调整速度提高，能够使虚拟同步逆变器达到稳定状态，降低了虚拟同步逆变器的扰动对电网系统的影响。
可以理解的是，参考输入功率设定降低的范围在降低第一预警角度后，按照某一预设规则降低，该预设规则可以是某一曲线、某一直线或直接确定为另一个更小的恒定量，具体的：
参见图3a所示，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
Pin＝Pref-Pref·k·(θ-π/2)，k＞2/π且θ1＜θ＜θ2；
其中，Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k为比例系数，θ为所述实时功角；θ1和θ2分别为所述第一预警角度和所述第二预警角度。
可以理解的是，原来条件允许的减速面积为d-e-i-f-g，而现在条件允许的增速面积为d-e-h-i-f-g，调速面积增加。
参见图3b所示，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
其中，Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k1和k2分别为第一比例系数和第二比例系数，且0＜k1＜2/π，θ为所述实时功角，θref＝(1-k1)/k2+π/2，θ1和θ2分别为所述第一预警角度和所述第二预警角度。
可以理解的是，原来条件允许的减速面积为d-e-j-h-f-g，而现在条件允许的增速面积为d-e-i-θref-θ2-j-h-f-g，调速面积增加。
参见图3c所示，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
Pin＝k3Pref；
其中Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k3为小于1且不小于0的比例系数。
可以理解的是，原来条件允许的减速面积为d-e-j-f-g，而现在条件允许的增速面积为d-e-h-i-j-f-g，调速面积增加。
可以理解的是，第一预警角度θ1必然小于第二预警角度θ2且大于常见情况下的故障切除角θc，第二预警角度θ2不能大于180°，所述第一预警角度θ1通常为90°，所述第二预警角度θ2通常为180°。
由上可见，本实施例中的预设规则，其实时功角θ的范围区间在第一预警角度θ1和第二预警角度θ2之间，参考输入功率Pin的范围区间在0到额定功率Pref之间，而具体的变化规则除了上述函数关系外，还可以通过其他的函数关系进行设定，本实施例在此不做限制。
S3：判断所述实时功角是否超过第二预警角度；
S4：如果是，将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。
可以理解的是，如果实时功角超出第二预警角度，则认为虚拟同步逆变器发生了不可逆转的功角失稳问题，此时所有控制策略均失效，为了防止因为单机功角失稳问题引发更大规模的失稳，此时将虚拟同步逆变器从网络中切除。
如果实时功角未超过第二预警角度，则认为虚拟同步逆变器会逐渐回到稳定状态。
本实施例操作方法简单，不影响虚拟同步逆变器的正常运行情况及其运行特性，灵活性强，自由度大，可由用户的实际工作条件以及对故障调节速度自由调节自适应变量，具有较强的灵活性和环境适应能力。
本发明实施例公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法，包括：判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；如果是，按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；判断所述实时功角是否超过第二预警角度；如果是，将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。本实施例中第一预警角度到第二预警角度之间的参考输入功率可调，从而减速面积比固定参考输入功率时更大，增大了极限切除角，同时不影响稳态时逆变器的正常运行，提高了虚拟同步逆变器的暂态功角稳定型，有助于提高微电网的运行可靠性。
相应的，本发明公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整系统，参见图4所示，包括：
第一判断模块1，用于判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；如果是，触发功率调整模块2；
所述功率调整模块2，用于按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；
第二判断模块3，用于判断所述实时功角是否超过第二预警角度；如果是，触发动作模块4；
所述动作模块4，用于将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。
本实施例中第一预警角度到第二预警角度之间的参考输入功率可调，从而减速面积比固定参考输入功率时更大，增大了极限切除角，同时不影响稳态时逆变器的正常运行，提高了虚拟同步逆变器的暂态功角稳定型，有助于提高微电网的运行可靠性。
相应的，本实施例还公开了一种虚拟同步逆变器的动态功角调整装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤。
其中，具体有关虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的细节描述，可以参照上文实施例中的相关内容，此处不再赘述。
其中，本实施例中虚拟同步逆变器的动态功角调制装置具有与上文实施例中虚拟同步逆变器的动态功角调整方法相同的有益效果，此处不再赘述。
相应的，本发明实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤。
其中，具体有关虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的细节描述，可以参照上文实施例中的相关内容，此处不再赘述。
其中，本实施例中可读存储介质具有与上文实施例中虚拟同步逆变器的动态功角调整方法相同的有益效果，此处不再赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法、系统及相关组件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种虚拟同步逆变器的动态功角调整方法，其特征在于，包括：
判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；
如果是，按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；
判断所述实时功角是否超过第二预警角度；
如果是，将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。
2.根据权利要求1所述动态功角调整方法，其特征在于，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
Pin＝Pref-Pref·k·(θ-π/2)，k＞2/π且θ1＜θ＜θ2；
其中，Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k为比例系数，θ为所述实时功角；θ1和θ2分别为所述第一预警角度和所述第二预警角度。
3.根据权利要求1所述动态功角调整方法，其特征在于，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
其中，Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k1和k2分别为第一比例系数和第二比例系数，且0＜k1＜2/π，θ为所述实时功角，θref＝(1-k1)/k2+π/2，θ1和θ2分别为所述第一预警角度和所述第二预警角度。
4.根据权利要求1所述动态功角调整方法，其特征在于，所述按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率的过程，具体包括：
按照以下公式调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率：
Pin＝k3Pref；
其中Pin为所述参考输入功率，Pref为额定功率，k3为小于1且不小于0的比例系数。
5.根据权利要求1至4任一项所述动态功角调整方法，其特征在于，所述判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度之前，还包括：
判断所述虚拟同步逆变器的实时功角是否稳定；
如果否，执行所述判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度的步骤。
6.根据权利要求5所述动态功角调整方法，其特征在于，所述第一预警角度为90°，所述第二预警角度为180°。
7.一种虚拟同步逆变器的动态功角调整系统，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于判断虚拟同步逆变器的实时功角是否超过第一预警角度；如果是，触发功率调整模块；
所述功率调整模块，用于按照预设规则调低所述虚拟同步逆变器的参考输入功率，以使所述虚拟同步逆变器的减速面积增大；
第二判断模块，用于判断所述实时功角是否超过第二预警角度；如果是，触发动作模块；
所述动作模块，用于将所述虚拟同步逆变器从网络中切除。
8.一种虚拟同步逆变器的动态功角调整装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤。
9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述虚拟同步逆变器的动态功角调整方法的步骤。
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| EP2963759B1 (en) * | 2013-02-28 | 2018-09-19 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Power conversion device for connection to grid |
| CN109861279A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-06-07 | 太原理工大学 | 一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法 |
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2019
- 2019-08-29 CN CN201910809446.1A patent/CN110429659B/zh active Active
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