一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法和系统与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法和系统。


背景技术：

2.构建以新能源为主体的新型电力系统是大趋势。新能源发电通过变流器并网。传统的新能源发电机组工作在跟网运行模式，本质上为受控电流源，且大多不具备惯量响应及一次调频的能力，目前电力系统的电压频率和电压源特性依然靠传统的以火电为主的同步机组分别通过调节输出有功功率和励磁来维持。随着新能源机组在电力系统占比的升高，电力系统所能依靠的同步机的调节能力会逐渐捉襟见肘，电力系统稳定性会受到威胁。
3.发明专利cn201710119604.1提供了一种虚拟同步发电机的孤岛检测方法、系统以及微网控制系统，基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网运行示意图如图1所示，包括电网、基于虚拟同步发电机的并网逆变器、多个用电负载、分布式电源dg1和dg2，基于虚拟同步发电机的并网逆变器和多个负载之间均通过静态开关(static transfer switch，sts)电连接。每个基于虚拟同步发电机的并网逆变器中包括虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)控制模块和孤岛检测算法模块，孤岛检测算法模块通过检测虚拟同步机的电压频率和幅值的变化来判断是否发生孤岛现象，vsg控制模块在发生孤岛现象时，切换到离网状态进行运行，实现并网到孤岛的无缝切换。
4.并网运行状态下虚拟同步机的运行目标为发电，有功功率和无功功率是其控制目标，当电网频率偏离额定值时提供惯量响应/一次调频的功率，电网电压偏离额定值时提供无功支撑，上述发明专利提供的方法没有考虑到机组的惯量响应/一次调频需求与孤岛检测方法的兼容问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法和系统，兼顾了并网运行状态下惯量响应/一次调频需求和孤岛运行方式下负载所需的电压幅值和频率控制需求，能够有效提升非计划停电时重要负荷和敏感负荷的供电的可靠性，并且不会对虚拟同步机的输出电能质量产生明显影响。
6.根据本发明实施例的第一方面，提供了一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法，方法包括：
7.在每个控制周期，获取并网点电压和网侧电流，并根据并网点电压，确定角频率实测值；
8.根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值；
9.根据运行标志值、电网角频率额定值、有功功率指令值、并网点电压、网侧电流和角频率实测值，确定相位角；
10.根据运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、并网点电压、网侧电流，确定电压参考值；
11.根据相位角和电压参考值，确定发波电压指令值；
12.对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。
13.在一种可能的实现方式中，方法还包括：
14.根据有功功率指令值、并网点电压和网侧电流，更新有功功率偏差。
15.在一种可能的实现方式中，并网点电压包括当前控制周期的电网三相电压瞬时值和下一周期的电网三相电压瞬时值；根据并网点电压，确定角频率实测值，包括：
16.利用派克park变换将并网点电压转换为α轴电压分量和β轴电压分量；
17.根据α轴电压分量、β轴电压分量和控制周期，确定角频率实测值。
18.在一种可能的实现方式中，根据α轴电压分量、β轴电压分量和控制周期，确定角频率实测值，包括：
19.采用以下公式计算角频率实测值：
[0020][0021]
其中，k表示第k个控制周期，当前控制周期为第k个控制周期，ωg(k)表示当前控制周期的角频率实测值，u
oα
(k)表示当前控制周期的α轴电压分量，u
oα
(k+1)表示下一控制周期的α轴电压分量，u
oβ
(k)表示当前控制周期的β轴电压分量，u
oβ
(k+1)表示下一控制周期的β轴电压分量，ts表示控制周期，k为大于0的整数。
[0022]
在一种可能的实现方式中，根据并网点电压，确定角频率实测值，包括：
[0023]
根据并网点电压，采用锁相环或锁频环输出角频率实测值。
[0024]
在一种可能的实现方式中，根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值，包括：
[0025]
根据角频率实测值和电网角频率额定值，确定角频率偏差值；
[0026]
根据角频率实测值、频率前馈值和阻尼系数，确定有功功率偏差理论值；
[0027]
当角频率偏差值超出角频率偏差阈值，且有功功率偏差和有功功率偏差理论值的差值的绝对值超出功率计算偏差阈值，或当角频率偏差值超出角频率偏差上限值，或当有功功率偏差的绝对值超出有功功率偏差上限值，且运行标志值表征并网运行状态时，增大孤岛状态判定计数器的计数值；
[0028]
当运行标志值表征孤岛运行状态时，保持计数值；
[0029]
当不满足增大计数值的判定条件和保持计数值的判定条件时，更新计数值为0；
[0030]
当计数值达到预设计数值时，更新运行标志值为表征孤岛运行状态的值；
[0031]
当计数值未达到预设计数值时，更新运行标志值为表征并网运行状态的值。
[0032]
在一种可能的实现方式中，根据运行标志值、电网角频率额定值、有功功率指令值、并网点电压、网侧电流和角频率实测值，确定相位角，包括：
[0033]
若运行状态为孤岛运行状态，则根据电网角频率额定值确定相位角；
[0034]
若运行状态为并网运行状态，则根据有功功率指令值、并网点电压、网侧电流、角频率实测值、电网角频率额定值，确定相位角。
[0035]
在一种可能的实现方式中，若运行状态为孤岛运行状态，则根据电网角频率额定值确定相位角，包括：
[0036]
若运行状态为孤岛运行状态，则更新频率前馈值为电网角频率额定值；
[0037]
对更新后的频率前馈值进行积分调节，得到相位角。
[0038]
在一种可能的实现方式中，若运行状态为并网运行状态，则根据有功功率指令值、并网点电压、网侧电流、角频率实测值、电网角频率额定值，确定相位角，包括：
[0039]
若运行状态为并网运行状态，更新频率前馈值为角频率实测值和电网角频率额定值的加权求和值；
[0040]
根据有功率指令值、并网点电压、网侧电流，更新有功功率偏差；
[0041]
根据更新后的有功功率偏差、电网角频率额定值、更新后的频率前馈值进行有功功率调节，得到相位角。
[0042]
在一种可能的实现方式中，根据运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、并网点电压、网侧电流、电压前馈量，确定电压参考值，包括：
[0043]
若运行状态为孤岛运行状态，则将电压前馈量作为电压参考值；
[0044]
若运行状态为并网运行状态，则根据无功功率指令值、并网点电压、网侧电流确定无功功率偏差，并确定对无功功率偏差进行调节后与电压前馈量的和值，得到电压参考值。
[0045]
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种电压源型虚拟同步机运行控制的系统，系统包括：频率检测模块、运行状态检测模块、功率控制模块、电压作用量合成模块和脉宽调制技术(pulse width modulation，pwm)调制模块，频率检测模块、运行状态检测模块和功率控制模块两两互相连接，电压作用量合成模块分别与功率控制模块和pwm调制模块连接；
[0046]
频率检测模块，用于在每个控制周期，获取并网点电压，并根据并网点电压，确定角频率实测值；
[0047]
运行状态检测模块，用于根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值；
[0048]
功率控制模块，用于在每个控制周期，获取并网点电压和网侧电流；还用于根据运行标志值、电网角频率额定值、有功功率指令值、并网点电压、网侧电流和角频率实测值，确定相位角；还用于根据运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、并网点电压、网侧电流，确定电压参考值；
[0049]
电压作用量合成模块，用于根据相位角和电压参考值，确定发波电压指令值；
[0050]
pwm调制模块，用于对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。
[0051]
本发明实施例提供了一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法和系统，首先，在每个控制周期，获取并网点电压和网侧电流，并根据并网点电压，确定角频率实测值；其次，根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，判断运行状态为孤岛运行状态还是并网运行状态，基于运行状态更新运行标志值；再次，基于运行状态，计算虚拟同步机在该状态下需要输出的相位角和电压参考值；然后，根据相位角和电压参考值，确定发波电压指令值；最后对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。兼顾了并网运行状态下惯量响应/一次调频需求和孤岛运行状态下负载所需
的电压幅值和频率控制需求，能够有效提升非计划停电时重要负荷和敏感负荷的供电的可靠性。
附图说明
[0052]
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。
[0053]
图1为现有发明专利中提供的基于虚拟同步发电机技术的逆变器并网运行示意图；
[0054]
图2为本发明实施例提供的一种电压源型虚拟同步机运行控制的系统结构示意图；
[0055]
图3为本发明实施例提供的一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法流程示意图；
[0056]
图4为本发明实施例提供的功率控制模块进行有功和无功功率控制方案示意图；
[0057]
图5为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0058]
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。
[0059]
为便于理解本发明提供的技术方案，下面阐述本发明实施例涉及的名词。
[0060]
变流器：使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。包括整流器(交流变直流)、逆变器(直流变交流)、交流变流器和直流变流器。新能源发电通过变流器并网。
[0061]
并网逆变器：是一种特殊的逆变器，除了可以将直流电转换成交流电外，其输出的交流电可以与市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可以回到市电。并网逆变器常用在一些直流电压源(如太阳能板或是小型风力发电机)和电网连接的应用中。
[0062]
虚拟同步机：虚拟同步发电机是一种以先进同步逆变技术和惯性储能单元为基础，使新能源发电拥有常规火电外特性的技术。它通过在并网逆变器的控制算法中引入转子运动方程，控制储能装置吸收释放能量，模拟同步发电机转子中的机械能，使逆变器在应对扰动时具有同步发电机对外的抗干扰特性，能有效提升系统的惯量与阻尼水平，从而实现新能源的友好并网。
[0063]
并网运行：发电厂(机组)与电网之间或电力用户的用电设备与电网之间连接运行的状态。
[0064]
孤岛运行：发电机不与外电网联系，输出功率仅输送至厂用电的一种运行方式。
[0065]
惯量响应：是指当电网发生扰动时，有功功率不再平衡，惯量源释放或吸收能量向电网注入或析出有功功率，从而达到减缓电网频率变化速度的目的。
[0066]
一次调频：是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。
[0067]
本发明实施例提供的方法应用于电压源型虚拟同步机。
[0068]
实施例一
[0069]
本发明实施例提供一种电压源型虚拟同步机运行控制的系统，该系统结构如图2所示，包括频率检测模块、运行状态检测模块、功率控制模块、电压作用量合成模块和pwm调制模块，频率检测模块、运行状态检测模块和功率控制模块两两互相连接，电压作用量合成模块分别与功率控制模块和pwm调制模块连接，pwm调制模块输出的驱动信号驱动并网逆变器。该系统与电网之间安装有静态开关sts，其中：
[0070]uoabc
：虚拟同步机并网点电压；
[0071]ioabc
：虚拟同步机网侧电流；包括三相电流瞬时值i
oa
、i
ob
、i
oc
；
[0072]zload
：负载；
[0073]
l
pfc
：电压源型虚拟同步机的滤波电感；
[0074]cf
：电压源型虚拟同步机的交流滤波电容；
[0075]
p
ref
、q
ref
：有功功率指令和无功功率指令；
[0076]
p
vsc
、q
vsc
：电压源型虚拟同步机输出的有功功率和无功功率；
[0077]
δp
vsc
表示有功功率偏差；
[0078]
ω
fw
：有功功率控制的频率前馈量；
[0079]
θ
vsc
：虚拟同步机输出电压的相位角；
[0080]eref
：虚拟同步机输出电压参考值；
[0081]fg
、ωg：电网电压频率及对应的角频率；
[0082]
f0、ω0：电网电压额定频率及对应的角频率；
[0083]
goffflag：运行状态标志；
[0084]evscref_α
、e
vscref_β
：发波电压指令值的α、β轴分量；
[0085]
上述系统在每个控制周期，执行一次实施本发明实施例提供的一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
[0086]
s310：在每个控制周期，获取并网点电压和网侧电流，并根据并网点电压，确定角频率实测值。
[0087]
网侧电流可以是并网电流，也可以是电感电流。
[0088]
如图2所示，u
oabc
表示并网点电压，包括电网三相电压瞬时值u
oa
、u
ob
、u
oc
；i
oabc
表示并网电流，包括三相电流瞬时值i
oa
、i
ob
、i
oc
；i
labc
表示网侧电感电流，包括三相电流瞬时值i
la
、i
lb
、i
lc
。
[0089]
频率检测模块在每个控制控制周期采集并网点电压，根据并网点电压，确定当前控制周期的角频率实测值，然后将角频率实测值传输至运行状态检测模块和功率控制模块。其中，角频率实测值表示电网的实际角频率。
[0090]
功率控制模块在每个控制周期采集并网点电压和网侧电流。
[0091]
s320，根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值。
[0092]
电网角频率额定值为电网额定频率对应的角频率。
[0093]
当前控制周期采用的频率前馈值为基于上一控制周期的运行标志值更新的，若上一控制周期为孤岛运行状态，则当前控制周期采用的频率前馈值为电网角频率额定值，若上一控制周期为并网运行状态，则当前控制周期采用的频率前馈值为电网角频率额定值与上一控制周期的角频率实测值的加权求和值。
[0094]
运行状态检测模块，根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，判定当前控制周期的运行状态，当前控制周期的运行状态可能是并网运行状态，也可能是孤岛运行状态，将运行标志值更新为当前控制周期的运行状态相应的值。
[0095]
s330，根据运行标志值、电网角频率额定值、有功功率指令值、并网点电压、网侧电流和角频率实测值，确定相位角。
[0096]
若运行标志值表示当前处于孤岛运行状态，则功率控制模块对电网角频率额定值进行积分调节，输出相位角。
[0097]
若运行标志值表示当前处于并网运行状态，表示当前的电网频率偏离额定值，需要提供惯量响应/一次调频的功率，则功率控制模块基于有功功率指令值、并网点电压、网侧电流、角频率实测值、电网角频率额定值，确定需要输出的相位角。
[0098]
s340，根据运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、并网点电压、网侧电流，确定电压参考值。
[0099]
电压前馈量为电网电压额定值对应的幅值。
[0100]
若运行标志值表示当前处于孤岛运行状态，则功率控制模块将电压前馈量作为电压参考值。
[0101]
若运行标志值表示当前处于并网运行状态，表示当前电网电压偏离额定值，需要提供无功支撑，则功率控制模块根据无功功率指令值、并网点电压、网侧电流、电压前馈量，确定需要输出的电压参考值。
[0102]
s350，根据相位角和电压参考值，确定发波电压指令值。
[0103]
电压作用量合成模块根据相位角和电压参考值，计算发波电压指令值。
[0104]
在一个示例中，可以采用下式计算发波电压指令值：
[0105][0106]
其中，θ
vsc
表示相位角，e
ref
表示电压参考值，e
vscref_α
表示发波电压指令值的α轴分量，e
vscref_β
表示发波电压指令值的β轴分量。
[0107]
s360，对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机的驱动信号。
[0108]
pwm调制模块通过三相空间矢量调制方法对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成电压源型虚拟同步机控制所需的驱动信号。
[0109]
本发明实施例提供了一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法和系统，首先，获取并网点电压和网侧电流，并根据并网点电压，确定角频率实测值；其次，根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，判断运行状态为孤岛运行状态还是并网运行状态，基于运行状态更新运行标志值；再次，基于运行状态，计算虚拟同步机在该状态下需要输出的相位角和电压参考值；然后，根据相位角和电压参考值，确定发波电压指令值；最后对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机的驱动信号。兼顾了并网运
行状态下惯量响应/一次调频需求和孤岛运行状态下负载所需的电压幅值和频率控制需求，能够有效提升非计划停电时重要负荷和敏感负荷的供电的可靠性。
[0110]
实施例二
[0111]
在一些实施例中，本发明实施例提供的方法还可以包括以下步骤：
[0112]
根据有功功率指令值、并网点电压和网侧电流，更新有功功率偏差。
[0113]
功率控制模块在每个控制周期生成相位角和电压参考值，并行地，根据有功功率指令值、并网点电压和网侧电流，更新有功功率偏差，供相邻的下一控制周期更新运行标志值时使用。
[0114]
具体地，根据并网点电压和网侧电流计算有功功率实测值，计算有功功率指令值与有功功率实测值的差值，得到有功功率偏差。
[0115]
本技术实施例提供的方法更新了有功功率偏差，为判定虚拟同步机的运行状态提供依据。
[0116]
实施例三
[0117]
在一些实施例中，并网点电压包括当前控制周期的电网三相电压瞬时值和下一周期的电网三相电压瞬时值。步骤s310中：根据并网点电压，确定角频率实测值，可以包括以下步骤：
[0118]
首先，利用派克park变换将并网点电压转换为α轴电压分量和β轴电压分量。
[0119]
频率检测模块利用派克park变换将并网点电压转换到αβ坐标系下，得到α轴电压分量和β轴电压分量。
[0120]
具体地，采用下式将并网点电压转换到αβ坐标系下：
[0121][0122]
其中，u
oα
和u
oβ
分别为并网电电压在αβ坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量，u
oa
、u
ob
、u
oc
为电网三相电压瞬时值。
[0123]
然后，根据α轴电压分量、β轴电压分量和控制周期，确定角频率实测值。
[0124]
在一个实施例中，采用以下公式计算角频率实测值：
[0125][0126]
其中，k表示第k个控制周期，当前控制周期为第k个控制周期，ωg(k)表示当前控制周期的角频率实测值，u
oα
(k)表示当前控制周期的α轴电压分量，u
oα
(k+1)表示下一控制周期的α轴电压分量，u
oβ
(k)表示当前控制周期的β轴电压分量，u
oβ
(k+1)表示下一控制周期的β轴电压分量，ts表示控制周期，k为大于0的整数。
[0127]
本发明实施例提供的方法基于两个相邻周期的并网点电压确定了电网当前实际的角频率，为判定当前控制周期虚拟同步机的运行状态提供依据。
[0128]
实施例四
[0129]
在一些实施例中，步骤s310中：根据并网点电压，确定角频率实测值，可以包括以下步骤：
[0130]
根据并网点电压，采用锁相环或锁频环输出角频率实测值。
[0131]
在一个实施例中，频率检测模块将并网点电压输入锁相环，通过锁相环输出角频率实测值。
[0132]
在一个实施例中，频率检测模块将并网点电压输入锁频环，通过锁频环输出角频率实测值。
[0133]
可以是基于二阶广义积分器或一阶广义积分器的锁频环。
[0134]
本发明实施例提供的方法基于并网点电压，通过锁相环或锁频环输出角频率实测值，为判定当前控制周期的运行状态提供依据。
[0135]
实施例五
[0136]
在一些实施例中，步骤s320，根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值，可以包括以下步骤：
[0137]
s321，根据角频率实测值和电网角频率额定值，确定角频率偏差。运行状态检测模块采用下式计算角频率偏差：
[0138]
δωg＝ω
0-ωg[0139]
其中，δωg表示角频率偏差，ωg表示角频率实测值和ω0表示电网角频率额定值。
[0140]
s322，根据角频率实测值、频率前馈值和阻尼系数，确定有功功率偏差理论值。
[0141]
运行状态检测模块采用下式计算有功功率偏差理论值：
[0142]
δp
throry
＝dω0(ω
g-ω
fw
)
[0143]
其中，δp
throry
表示有功功率偏差理论值，d表示阻尼系数，ω
fw
表示频率前馈值。
[0144]
s323，当角频率偏差值的绝对值超出角频率偏差阈值，且有功功率偏差和有功功率偏差理论值的差值的绝对值超出功率计算偏差阈值，或当角频率偏差值的绝对值超出角频率偏差上限值，或当有功功率偏差的绝对值超出有功功率偏差上限值，且运行标志值表征并网运行状态时，增大孤岛状态判定计数器的计数值；
[0145]
当运行标志值表征孤岛运行状态时，保持计数值；
[0146]
当不满足增大计数值的判定条件和保持计数值的判定条件时，更新计数值为0。
[0147]
上述判定过程可以采用下式表示：
[0148][0149]
其中，goffcnt表示计数值，goffflag表示运行标志值，当goffflag＝0时，表示并
网运行状态，当goffflag＝1时，表示孤岛运行状态。δω
lmt1
表示角频率偏差阈值，δp
vsc
表示有功功率偏差，δp
errlmt
表示功率计算偏差阈值，δω
lmt2
表示角频率偏差上限值，δp
lmt
表示有功功率偏差上限值，otherwise表示不满足增大计数值的判定条件和保持计数值的判定条件。
[0150]
s324，当计数值达到预设计数值时，更新运行标志值为表征孤岛运行状态的值；当计数值未达到预设计数值时，更新运行标志值为表征并网运行状态的值。
[0151]
判断计数值与预设计数值的大小关系，若计数值达到预设计数值时，表征虚拟同步机处于孤岛运行状态，更新运行标志值为表征孤岛运行状态的值；当计数值未达到预设计数值时，表征虚拟同步机处于并网运行状态，更新运行标志值为表征并网运行状态的值。
[0152]
本发明实施例提供的方法提供了运行状态的判定逻辑，判定逻辑中添加了频率前馈值，能够更加准确地判断虚拟同步机的运行状态。
[0153]
实施例六
[0154]
在一些实施例中，s330：根据运行标志值、电网角频率额定值、有功功率指令值、并网点电压、网侧电流和角频率实测值，确定相位角，可以包括以下步骤：
[0155]
s331，若运行状态为孤岛运行状态，则根据电网角频率额定值确定相位角。
[0156]
在一个实施例中，若虚拟同步机的运行状态为孤岛运行状态，功率控制模块更新频率前馈值为电网角频率额定值；然后，对更新后的频率前馈值进行积分调节，得到相位角。
[0157]
在一个示例中，对更新后的频率前馈值进行积分调节，得到相位角，可用下式表示：
[0158][0159]
其中，θ
vsc
表示相位角，ω
fw
表示更新后的频率前馈值，表示积分调节器的积分调节。
[0160]
s332，若运行状态为并网运行状态，则根据有功功率指令值、并网点电压、网侧电流、角频率实测值、电网角频率额定值，确定相位角。
[0161]
在一个实施例中，若虚拟同步机的运行状态为并网运行状态，功率控制模块采用如图4所示的有功功率控制方案，步骤s332可以包括以下步骤：
[0162]
s3321，若运行状态为并网运行状态,更新频率前馈值ω
fw
为对角频率实测值ωg和电网角频率额定值ω0的加权求和值。
[0163]
在一个示例中，功率控制模块更新频率前馈值ω
fw
为对角频率实测值ωg和电网角频率额定值ω0的加权求和值，可用下式表示：
[0164]
ω
fw
＝ξω0+(1-ξ)ωg[0165][0166]
其中，ω
fw
表示频率前馈值，ξ0∈[0,1)，表示加权系数，代表前馈频率值中电网的角额定频率值的权重，ω0表示电网角频率额定值，ωg表示频率实测值，ξ0表示虚拟同步机在并网状态运行时加权系数的默认值，goffflag＝1表示孤岛运行状态，goffflag＝0表示
并网运行状态。
[0167]
s3322，根据有功率指令值、并网点电压、网侧电流，更新有功功率偏差。
[0168]
功率控制模块根据并网点电压和网侧电流计算有功功率实测值，并计算有功功率指令值与有功功率实测值的差值，差值即为有功功率偏差。
[0169]
s3323，根据更新后的有功功率偏差、电网角频率额定值、更新后的频率前馈值进行有功功率调节，得到相位角。
[0170]
在一个示例中，运行状态为并网运行状态时，步骤s3323可以采用下式表示：
[0171][0172]
其中，θ
vsc
表示相位角，p
ref
表示有功功率指令值，p
vsc
表示功率实测值，j、d分别为功率调节器的惯性系数和阻尼系数，ω0表示电网角频率额定值，ω
fw
表示频率前馈值，表示积分调节器。
[0173]
本发明实施例提供的方法加入了频率前馈值确定相位角，在虚拟同步机处于并网运行状态，电网频率变化时能够更加有效地调整输出到电网的有功功率，有助于提升电网频率的稳定性。
[0174]
实施例七
[0175]
在一些实施例中，步骤s340：根据运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、并网点电压、网侧电流，确定电压参考值，可以包括以下步骤：
[0176]
s341，若运行状态为孤岛运行状态，则将电压前馈量作为电压参考值。
[0177]
在孤岛运行状态下，功率控制模块将电压参考值取值为电压前馈量，电压前馈量为电网电压额定值对应的幅值。
[0178]
s342，若运行状态为并网运行状态，则根据无功功率指令值、并网点电压、网侧电流确定无功功率偏差，并确定对无功功率偏差进行调节后与电压前馈量的和值，得到电压参考值。
[0179]
在并网运行状态下，功率控制模块根据并网点电压和网侧电流计算无功功率实测值，并计算无功功率指令值与无功功率实测值的差值，差值即为无功功率偏差。
[0180]
电压前馈量可以是并网点电压，也可以是电网电压额定值对应的幅值。
[0181]
在一个实施例中，并网运行状态下功率控制模块采用如图4所示的无功功率控制方案，可以采用下式计算电压参考值：
[0182]eref
＝g
qr
(q
ref-q
vsc
)+u
fw
[0183]
其中，e
ref
表示电压参考值，g
qr
表示无功功率调节器，可以是比例系数和/或积分系数，q
ref
表示无功功率指令值，q
vsc
表示无功功率实测值，u
fw
表示电压前馈量。
[0184]
本发明实施例提供的方法加入了电压前馈值确定电压参考值，在虚拟同步机处于并网运行状态，电压波动时能够更加有效地调整输出到电网的无功功率，有助于提升电网电压的稳定性。
[0185]
实施例八
[0186]
本发明另一实施例还提出一种电子设备，参见图5所示，该设备包括：
[0187]
存储器500和处理器510；
[0188]
其中，所述存储器500与所述处理器510连接，用于存储程序；
[0189]
所述处理器510，用于通过运行所述存储器500中存储的程序，实现上述任一实施例公开的电压源型虚拟同步机运行控制的方法。
[0190]
具体的，上述电子设备还可以包括：总线、通信接口520、输入设备530和输出设备540。
[0191]
处理器510、存储器500、通信接口520、输入设备530和输出设备540通过总线相互连接。其中：
[0192]
总线可包括一通路，在计算机系统各个部件之间传送信息。
[0193]
处理器510可以是通用处理器，例如通用中央处理器(cpu)、微处理器等，也可以是特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，asic)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0194]
处理器510可包括主处理器。
[0195]
存储器500中保存有执行本发明技术方案的程序，还可以保存有操作系统和其他关键业务。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。更具体的，存储器500可以包括只读存储器(read-only memory，rom)、可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，ram)、可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备、磁盘存储器、flash等等。
[0196]
输入设备530可包括接收用户输入的数据和信息的装置。
[0197]
输出设备540可包括允许输出信息给用户的装置。
[0198]
通信接口520可包括使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(ran)，无线局域网(wlan)等。
[0199]
处理器510执行存储器500中所存放的程序，以及调用其他设备，可用于实现本发明上述实施例所提供的任意一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法的各个步骤。
[0200]
实施例九
[0201]
除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的电压源型虚拟同步机运行控制的方法中的步骤。
[0202]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0203]
此外，本发明的实施例还可以是存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的电压源型虚拟同步机运行控制的方法中的步骤。
[0204]
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0205]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0206]
本发明各实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，各实施例中记载的技术特征可以进行替换或者组合。
[0207]
本发明各实施例种装置及终端中的模块和子模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
[0208]
本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或子模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个子模块或模块可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0209]
作为分离部件说明的模块或子模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或子模块的部件可以是或者也可以不是物理模块或子模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或子模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或子模块来实现本实施例方案的目的。
[0210]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或子模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块或子模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块或子模块集成在一个模块中。上述集成的模块或子模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或子模块的形式实现。
[0211]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0212]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件单元，或者二者的结合来实施。软件单元可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0213]
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。
[0214]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法，所述方法包括：在每个控制周期，获取并网点电压和网侧电流，并根据所述并网点电压，确定角频率实测值；根据所述角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值；根据所述运行标志值、所述电网角频率额定值、有功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流和所述角频率实测值，确定相位角；根据所述运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流，确定电压参考值；根据所述相位角和所述电压参考值，确定发波电压指令值；对所述发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述有功功率指令值、所述并网点电压和所述网侧电流，更新所述有功功率偏差。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述并网点电压包括当前控制周期的电网三相电压瞬时值和下一周期的电网三相电压瞬时值；所述根据所述并网点电压，确定角频率实测值，包括：利用派克park变换将所述并网点电压转换为α轴电压分量和β轴电压分量；根据所述α轴电压分量、所述β轴电压分量和控制周期，确定所述角频率实测值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述α轴电压分量、所述β轴电压分量和控制周期，确定所述角频率实测值，包括：采用以下公式计算所述角频率实测值：其中，k表示第k个控制周期，当前控制周期为第k个控制周期，ω
g
(k)表示当前控制周期的所述角频率实测值，u
oα
(k)表示当前控制周期的α轴电压分量，u
oα
(k+1)表示下一控制周期的α轴电压分量，u
oβ
(k)表示当前控制周期的β轴电压分量，u
oβ
(k+1)表示下一控制周期的β轴电压分量，t
s
表示所述控制周期，k为大于0的整数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述并网点电压，确定角频率实测值，包括：根据所述并网点电压，采用锁相环或锁频环输出所述角频率实测值。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值，包括：根据所述角频率实测值和所述电网角频率额定值，确定角频率偏差值；根据所述角频率实测值、所述频率前馈值和阻尼系数，确定有功功率偏差理论值；当角频率偏差值超出角频率偏差阈值，且所述有功功率偏差和所述有功功率偏差理论值的差值的绝对值超出功率计算偏差阈值，或当角频率偏差值超出角频率偏差上限值，或当有功功率偏差的绝对值超出有功功率偏差上限值，且所述运行标志值表征并网运行状态时，增大孤岛状态判定计数器的计数值；
当所述运行标志值表征孤岛运行状态时，保持所述计数值；当不满足增大所述计数值的判定条件和保持所述计数值的判定条件时，更新所述计数值为0；当所述计数值达到预设计数值时，更新所述运行标志值为表征孤岛运行状态的值；当所述计数值未达到所述预设计数值时，更新所述运行标志值为表征并网运行状态的值。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行标志值、所述电网角频率额定值、有功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流和所述角频率实测值，确定相位角，包括：若所述运行状态为孤岛运行状态，则根据所述电网角频率额定值确定相位角；若所述运行状态为并网运行状态，则根据有功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流、所述角频率实测值、所述电网角频率额定值，确定所述相位角。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，若所述运行状态为并网运行状态，则根据有功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流、所述角频率实测值、所述电网角频率额定值，确定所述相位角，包括：若所述运行状态为并网运行状态，更新所述频率前馈值为对所述角频率实测值和所述电网角频率额定值的加权求和值；根据所述有功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流，更新所述有功功率偏差；根据更新后的所述有功功率偏差、所述电网角频率额定值、更新后的所述频率前馈值进行有功功率调节，得到所述相位角。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流，确定电压参考值，包括：若所述运行状态为孤岛运行状态，则将所述电压前馈量作为所述电压参考值；若所述运行状态为并网运行状态，则根据所述无功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流确定无功功率偏差，并确定对所述无功功率偏差进行调节后与所述电压前馈量的和值，得到所述电压参考值。10.一种电压源型虚拟同步机运行控制的系统，其特征在于，所述系统包括：频率检测模块、运行状态检测模块、功率控制模块、电压作用量合成模块和脉宽调制技术pwm调制模块，所述频率检测模块、所述运行状态检测模块和所述功率控制模块两两互相连接，所述电压作用量合成模块分别与所述功率控制模块和所述pwm调制模块连接；频率检测模块，用于在每个控制周期，获取并网点电压，并根据所述并网点电压，确定角频率实测值；所述运行状态检测模块，用于根据所述角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值；所述功率控制模块，用于在每个控制周期，获取所述并网点电压和网侧电流；还用于根据所述运行标志值、所述电网角频率额定值、有功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流和所述角频率实测值，确定相位角；还用于根据所述运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、所述并网点电压、所述网侧电流，确定电压参考值；所述电压作用量合成模块，用于根据所述相位角和所述电压参考值，确定发波电压指
令值；所述pwm调制模块，用于对所述发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。

技术总结
本发明实施例提供一种电压源型虚拟同步机运行控制的方法和系统，方法包括：在每个控制周期，获取并网点电压和网侧电流，并根据并网点电压，确定角频率实测值；根据角频率实测值、电网角频率额定值、有功功率偏差和频率前馈值，更新表征运行状态的运行标志值；根据运行标志值、电网角频率额定值、有功功率指令值、并网点电压、网侧电流和角频率实测值，确定相位角；根据运行标志值、电压前馈量、无功功率指令值、并网点电压、网侧电流，确定电压参考值；根据相位角和电压参考值，确定发波电压指令值；对发波电压指令值进行空间矢量调制，生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。本发明实施例提供的方法能够有效提升非计划停电时供电的可靠性。可靠性。可靠性。


技术研发人员：陈佳明 周党生 王凌云
受保护的技术使用者：深圳市禾望电气股份有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/25