應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離并網(wǎng)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣控制領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離并網(wǎng)控制方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界能源問題的日益突出，分布式電源和微電網(wǎng)越來越多的得到關(guān)注。微電 網(wǎng)的輸出大多都為直流，因此需要通過并網(wǎng)逆變器接入配電網(wǎng)，但是常規(guī)的控制策略給配 電網(wǎng)和微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。采用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的微網(wǎng)逆變器叫做虛擬 同步發(fā)電機(jī)。虛擬同步發(fā)電機(jī)（Virtual Synchronous Generator，VSG)需要運(yùn)行在兩種模 式下，并網(wǎng)和離網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。
[0003] 不同于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，微電網(wǎng)具有離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，需要對于這兩種 模式而制定對應(yīng)的離/并網(wǎng)、并/離網(wǎng)模式間的切換策略。例如離/并網(wǎng)切換時，當(dāng)虛擬 同步機(jī)處于離網(wǎng)運(yùn)行之后，由于電壓和頻率的調(diào)節(jié)作用，其運(yùn)行電壓的幅值和頻率與電網(wǎng) 的實際值之間會出現(xiàn)一定的偏差，隨著時間的累積，會使得微電網(wǎng)的電壓和電網(wǎng)電壓之間 的幅值和相位出現(xiàn)偏差，微電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)之間的電壓的頻率和相位不同步時切換可能會 產(chǎn)生大的并網(wǎng)沖擊電流，即在不適合的并網(wǎng)時刻將微電網(wǎng)投入電網(wǎng)可能會引起較大的沖擊 電流，無法實現(xiàn)穩(wěn)定的無縫切換控制，可能會導(dǎo)致離/并網(wǎng)失敗，甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重的電網(wǎng)事 故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對利用無法實現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)之間的穩(wěn)定無縫切換問題，提供一 種能使并網(wǎng)與離網(wǎng)之間的穩(wěn)定切換的應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離/并網(wǎng)控制方法及系統(tǒng)。
[0005] -種應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離/并網(wǎng)切換控制方法，包括以下步驟：
[0006] 建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程；
[0007] 獲取電網(wǎng)電壓以及所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓；
[0008] 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓以及所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，獲取所述電網(wǎng)電壓與所 述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差值；
[0009] 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓與所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的所述差值、所述電磁方程 以及不確定因子，計算電壓誤差；
[0010] 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓與所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的所述差值以及所述電壓 誤差，設(shè)計滑模面；
[0011] 根據(jù)所述電壓誤差以及所述滑模面，利用快速終端滑?？刂扑惴?，控制所述虛擬 同步機(jī)的機(jī)端電壓與所述電網(wǎng)電壓之間的所述差值減小，并計算所述差值減小后的相應(yīng)的 電壓誤差；
[0012] 當(dāng)所述電壓誤差處于預(yù)設(shè)的離/并網(wǎng)切換誤差范圍時，對所述虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn) 行離/并網(wǎng)切換。
[0013] 本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離/并網(wǎng)切換控制系統(tǒng)，包括：
[0014] 第一建立模塊，用于建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程；
[0015] 第一獲取模塊，用于獲取電網(wǎng)電壓以及所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓；
[0016] 第二獲取模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓以及所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，獲 取所述電網(wǎng)電壓與所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差值；
[0017] 計算模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓與所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的所述差 值、所述電磁方程以及不確定因子，計算電壓誤差；
[0018] 設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓與所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的所述差值 以及所述電壓誤差，設(shè)計滑模面；
[0019] 控制模塊，用于根據(jù)所述電壓誤差以及所述滑模面，利用快速終端滑?？刂扑惴ǎ?控制所述虛擬同步機(jī)的機(jī)端電壓與所述電網(wǎng)電壓之間的所述差值減小，并計算所述差值減 小后的相應(yīng)的電壓誤差；
[0020] 切換模塊，用于當(dāng)所述電壓誤差處于預(yù)設(shè)的離/并網(wǎng)切換誤差范圍時，對所述虛 擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行離/并網(wǎng)切換。
[0021] 上述應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離并網(wǎng)控制方法及系統(tǒng)，通過獲取電網(wǎng)電壓與虛擬 同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差值，根據(jù)電網(wǎng)電壓與虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差值、電磁 方程以及不確定因素項，計算電壓誤差，根據(jù)電網(wǎng)電壓與虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差 值以及電壓誤差，設(shè)計滑模面，再根據(jù)電壓誤差以及滑模面，利用快速終端滑模控制算法， 控制虛擬同步機(jī)的機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓之間的差值減小，當(dāng)電壓誤差處于預(yù)設(shè)的離/并網(wǎng) 切換誤差范圍時，對虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行離/并網(wǎng)切換。通過上述應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī) 的離并網(wǎng)控制方法及系統(tǒng)，由于對虛擬同步機(jī)的機(jī)端進(jìn)行離/并網(wǎng)的切換時，虛擬同步機(jī) 的機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓之間基本同步，不會產(chǎn)生較大的沖擊電流，能實現(xiàn)虛擬同步機(jī)能無 縫切換。
【附圖說明】
[0022] 圖1為一種實施方式的應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離/并網(wǎng)控制方法的流程圖；
[0023] 圖2為虛擬同步發(fā)電機(jī)控制框圖；
[0024] 圖3為一種實施方式的應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離/并網(wǎng)控制系統(tǒng)的模塊圖。
【具體實施方式】
[0025] 請參閱圖1，提供一種實施方式的應(yīng)用于虛擬同步發(fā)電機(jī)的離/并網(wǎng)切換控制方 法，包括以下步驟：
[0026] SlOO :建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程。
[0027] 利用虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程來控制虛擬同步發(fā)電機(jī)，是基于虛擬 同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)逆變器具有與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣的外特性，建立機(jī)械方程和電磁方程， 即建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。利用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，采用傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)電磁 方程來控制并網(wǎng)逆變器，即采用傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)電磁方程來控制虛擬同步發(fā)電機(jī)，使得虛 擬同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)具有相同的外特性，可以提高含虛擬同步發(fā)電機(jī)的分布發(fā) 電系統(tǒng)和微電網(wǎng)的運(yùn)行性能。
[0028] 相較于傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)，電網(wǎng)具有離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，需要對于這兩種 模式而制定虛擬同步發(fā)電機(jī)對應(yīng)的離/并網(wǎng)、并/離網(wǎng)模式間的切換策略。例如離/并網(wǎng) 切換時，關(guān)鍵在于檢測電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電壓的頻率和相位的偏差，在兩者不同步時切換可能 會產(chǎn)生大的并網(wǎng)沖擊電流。
[0029] 通過建立所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程，以使虛擬同步發(fā)電機(jī)實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓 以及調(diào)功率。通過建立虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程，即建立了虛擬同步發(fā)電機(jī) 的數(shù)學(xué)模型，模擬同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，虛擬同步發(fā)電機(jī)模擬成傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)，可以 對虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行有功調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)、電流控制以及離/并網(wǎng)同步控制等功能，才能 知道如何控制虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，以使虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓之 間的差值在較短時間減小至預(yù)設(shè)的離/并網(wǎng)切換誤差范圍內(nèi)，以實現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī) 端電壓與電網(wǎng)實現(xiàn)同步，再進(jìn)行離/并網(wǎng)切換，這樣不會產(chǎn)生大的沖擊電流。
[0030] S200 :獲取電網(wǎng)電壓以及虛擬同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。
[0031] 虛擬同步機(jī)的機(jī)端電壓為變化量，電網(wǎng)電壓可以作為參考量，當(dāng)兩者之前的誤差 足夠小時，即可進(jìn)行離/并網(wǎng)切換。
[0032] S300 :根據(jù)電網(wǎng)電壓以及虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，獲取電網(wǎng)電壓與虛擬同步 發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差值。
[0033] 電網(wǎng)電壓與虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓的差值