基于无功偏差带电压补偿的VSG环流抑制策略_冉宝春.pdf

第卷第期年月电 力电子技 术，基于无功偏差带电压补偿的环流抑制策略冉宝春、曹跃龙支娜（西安理工大 学，自动化与信息工程学院，陕西西 安；西安理工大 学，电气工程学院，陕西西安）摘要：虚拟同步发电机（）技术 提升了微电网电力电子变换器惯性，降低了电压和电流的冲击幅值，提高了微电网稳定 性，得到广泛应用。但线路阻抗参数不匹配会导致并联无功功 率分配准确度下 降，在 并联变 换器间形成环流回路，针对并联因线路参数不匹配引起的环流，提出一种考虑无功偏差带电压补 偿的环流抑制策略，通过在电压控制环节引入电压补偿，跟随负荷变化调节电压补偿量、修正无功功率分配，抑制了并联环流。仿真和实验结果表明所提策略提高了无 功功率分配精度，降低了电压偏差，抑制了多机环流，实现了多机友 好互联。关键词：微电网；虚拟同步 发电机；电压补偿；环流抑 制中 图分类号：文献标识码：文章 编号：（），（，）：（）？，？，？，：；：（）引言随着新 能源发电快速发展，含有大量电力电子装置的微电 网逐渐成为新型电力系统的重要组成部分。微电网通常由分布式发电装置、能量变换装置、储能装置、交直流负荷等组成，灵活易控且响应迅速，但转 动 惯量低，无法为 稳定 性较弱的微电网提供有 效的 电压和频率支撑。技术使 并网逆变器具 有同步发电机运行特性，解决了其惯性小、阻尼 低的问题，在微电网中得到广泛应用。基金项目：国家自然科学基金（）定 稿日期：作者简介：再宝春（），女，讲师，研究 方 向为新能源发电与 变换装置。多台并网运行时，转动惯量、阻尼系数和 线路阻抗等均会引起并 联功 率分配误差和环流，多机转动 惯量和阻尼系数可以通过数 学优化选取合理参数，线路阻抗不匹配是由于线路结构和长短引起，无 法 通过数 学优化方法调整线路参数，所以需要针对并联线路阻抗不匹配设计有 效的控制策略，提高 并联功率 分配精度，抑制并 联环流。文献针对传统虚拟阻抗算法无法对线 路阻抗进行调节的缺陷，设计了一种虚拟阻抗自适应算法，实时计算线 路两端阻抗，提高了功 率分配精度。文献为 准 确分配多构网型逆变器无功 功率，通过构造动态虚拟阻抗，改进无功电压下垂控制方法，实现了无功功率的精确分配，降低了多机环第卷第期 年月电 力电子技术 ，流。文献为 提高线路阻抗匹配度，提出一种基于自适应 虚 拟阻抗的控制方法，自适 应虚拟阻抗由可变虚拟电阻和恒定虚拟电抗构成，通过二次控制器对控制，实现无功 功率的精确分配。上述文献主要通 过引入虚 拟阻抗补偿并联稳态运行 时，电流和电压均为对称交 流，其中和叫，及均 为常数；，和同为常数。根据此将阶电压方程转化为阶电压方程：（，（）功率调节与计 算线路阻抗不匹配问题，提高了无功功率分配精度，但未对电压进行二次调节，并联运行仍存在环流，对此这里提出一种基于无功偏 差 带电压补偿的环流抑 制 策略，依据无功 功率偏差，补偿端电 压，调节输出无功功 率，所提 方法提高了功率 分配精度，同时补充了电压，抑制了并联环流。并 联模型分析图为双机并联运行模型，主电路由逆变器、滤波电路和 采样电路构成。控制电路由有功功率频 率（）控制单元、无功 功 率电压（）控制单元、电压电流控制单元和同步发电机单元组成。图双机 并联运行模型 方程基 于同步发电机 本 体 模型，建立五阶电压方程和磁链方程：屮？爲中（，（，？（）（）式中：？，分别为轴绕组；艮为 励磁绕组；心，为，轴阻尼绕组；为 微 分算子；碼（丨句）为互感；为定子电感；（，和分别为对应绕组磁 链、电压和电流；为对应绕组电阻。功 率输出包含 有功 功率和无功功率，可通过式（）计 算得到：，（）（）式中：为端电压；，（？，分别 为有 功、无功功 率和容量。基于式（），功率调节分为 功频调节器和励磁调节器，分别对应控制 和控制。其中关系可用描述 为：厚（）式中：？为 虚 拟 转动惯量；，分别为 机械功率和电磁功率；。为 空 载 时 频 率。同理无功功率与电压对应关系为：（）（）式中：，？为当前电压和额定电压；为下 垂系数；和（？分 别为无功功率参考值和当前值。电压和电流控制为提高系统响应速度，稳定负荷电压，设计基于比例积 分（）的电压和电流控制器，根据图可列出电感电压和电容电流方程：；，（）式中：匕，分别为逆变器输入和输出电压；为 负荷电压。根 据 式（），列 写电压和电流的传递函数：）？），（），广 分析可知，线路阻抗不 匹配会引起端电压差值，影响无功功率 分配精 度，进而在并联间产生环流，因此 通过补 偿电压降低电压差值，可精确分配无功功 率，抑制环流。带电压补 偿的控制策略并 联运行分析两台并联模型示意图如图所示。根据图计算端电压如 式（）所示：，（）基于无功偏差 带电压补偿的环流抑制策略 化简式（）可得：（？，：（？（）式中：和厶分别为两台电压降落。由式（）可知，同容量并 联理想运行需满足端电压、无功 功率和电压降落相同。带电压补偿的控制策略负荷 变化会引起输出电压变化，但由于线路阻抗的不匹配及参 数不同，使得 无功 功率分配偏离容量比分配规则，导致并联间形成 环流，通过补偿电压降低了并联无功 差额，可实现环流抑制，并维持负荷电压不变。电压补偿前后变化过程可用式（）表示：（），）（）调节可以调节并联无功 功率，但会改变负荷端电压，为维持负荷电压的稳定，依据式（）设 计补偿电压量 为：（）（）式中分 别为 补偿电压增益和无功功率比例増益。综上分 析，通过修正电压降落，减小端电压差 值和无功 功率偏 差。基于无功 偏差 带电压补偿的并联整体控制策略框图如图所示。？！，！，电压；功率计算电压补 悻蚪丨、；仿真与实验验证仿真验证基于 构建图所不并联模型，仿 真 参数如 下：输入电压；额定频率；线 路电抗；线路电抗，线路电阻；丫线 路电阻输出电压幅值；转动惯量一；阻尼系数；无功 负荷。图为负荷时并联输出电压波形和环流，初始未对输出电压补偿，在后对电压进行补 偿。由图可知，在未引入电压补偿时，两台存在电压差值，此电压 差值 会引起无功功 率分配失准，产生环流；控制策略 切换后，并联电压差 值减小，电压差值几乎为零。图为并联在不平衡负荷 时的输出电流波形，可知在电压补偿 前环流约，补偿后约为零。可见，所提策略有 效抑制了并联环流。补摆前 后电压对比）？、一；（）补偿 前后电流 对比图并联输出电压和电流 图仿真了两种控制策略在负荷 变化时并联无功功率的分配。由图 可知，未引入电压补偿时，两台由于存在环流，导致无功分配偏离准确值，图进行电压补偿后，抑制了并 联环流，提高了无功 功率分配精度￥丨￥（）未引入补偿 时并联无功 功率（）引入补偿后并联无功 功 率图并联输出无 功 功 率 实验验证基于图并联模型 和第节中参数，搭建实验平台验证所提策略 有效性，实验参 数同仿真。图为未引入电压 补偿时并联的相电压和电流，结果表明：因并联运行电压 差值在两台间形 成环流回路，环流影响了无功 功率 分配精度，降低并联稳定性。（下转第英）风电弱电网次同步振荡吸收装置的研究（格）（格）（）改进并联输出电压（）改进并联输出电流图引入电压补偿后的实验波形 可知，对并联运行电压补偿后，消除并联运行电压差 值，相比传统控制策 略，环流由降为，降低约为。综上可得，所 提策 略降低并联环流，提高无 功 功率分配精度。专，（格）传统并联输出 电压，（格）（）传统并联输出电流图传统并联输出电压和电流 图为引入电压补偿后并 联的相电压和电流。在此针 对并联因线路 参数不平衡引起的环流，提出了一种基于无功 偏差带电压补偿的环流抑 制 策略，在电压控制环节引入补偿电压，降低了并 联输出电压的差值，提高了无功功率 分配精度，抑制了并 联环流，同时保持了负荷电压的稳定，通过 实验结果证实了所 提 策略的有效性。参考文献别朝红，林超凡，李 更丰，等能源转型下弹性电力 系统的发展 与 展望中 国电机工程学 报，（）：郑天文，陈来军，陈 天一，等虚拟同步发电机技 术及展 望电力系统自动化，（）：，？，（）：温春 雪，黄耀智，胡长斌，等虚拟同步发电机接口变换器并联运行虚拟阻抗自适应控制电工技 术学报，（）：王国栋，李海洋基于阻抗匹配的构网型逆变器无功精确控制电力电子技术，（）：难在图中，为实验电压波形，为米用方法时的实验电流波形，为采用方法时的实验电流波形。结论通过 采用型电力电子变 流器和超级电容组成的次同步吸收治理装置，提出了两种治理方 案，通过仿 真分析对比了吸收 治理方案对风电机组的治理的有效性，经过分析对比，方法的治理效果优于方法。通过 仿 真 分析可知，该治理方案适用于风电机组中，且有 较好的治理效果。通 过实验验证了该仿 真，说明该吸收 治理方案 具有一定的使用和适用价值。参考 文献张帆，徐政采用抑制发电机次同步谐振的仿 真研究高电压技术，（）：电力系统稳定与 控制北京：中国电 力出版社，钟胜超高压输电线路加装串补装置有关的系统问题以及解决方案电网技术，（）：（上接第 页）王亮，谢小 荣，姜齐荣，等大规模双馈风电场次同步振荡的分析与研宂电力系统自动 化，（）：，？，（）：肖湘宁，罗超，缪坤玉新 能源电力系统 次同步振荡问题研究综述电工技 术学报，（）：，？：李明杰，于钊，许涛，等新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其 对 策研宂电网技术，（）：朱玲，许翔，侯玉强，等基 于宽频带转 子附加 阻尼的双馈型风机次同步振荡抑制 策略电 力系统保护 与控制，（）：董 晓亮，谢小 荣双馈风机定子 侧 变流器 附加阻 尼抑制次同步振荡方法研究高电压技术，（）：结论）一：（笨）