光伏电站虚拟同步发电机控制策略研究

2020-08-24王恺

电工材料 2020年4期

王恺

（三峡电力职业学院，湖北宜昌 443000）

引言

随着常规化石能源的不断减少，光伏发电作为一种重要的可再生清洁能源，已受到世界的关注[1]。目前已有诸多学者对光伏电站虚拟同步发电机(VSG)进行了大量研究。如文献[2]建立了光伏VSG的模型；文献[3]基于同步发电机的原理，提出了一种无功电压的控制算法；文献[4]提出了一种新型光伏VSG的控制算法。然而上述研究均未涉及控制器的相关研究。

本研究首先介绍光伏电站的基本原理，然后阐述了控制策略的实现方法，同时对控制器进行分析，最后运用控制策略对虚拟同步发电机进行仿真计算，验证控制策略的有效性。

1 光伏虚拟同步发电机

1.1 基本结构

图1为光伏VSG的结构图，由图1可知，光伏VSG主要由光伏阵列，逆变器，储能单元等组成[5]。图2为光伏VSG控制系统的示意图。

图1 光伏VSG结构图

图2 光伏VSG控制系统

1.2 控制策略

（1）有功控制

光伏VSG的有功控制如图3所示。

图3 有功控制框图

（2）无功控制

图4为光伏VSG的无功控制器原理图。

图4 无功控制原理图

2 控制器

为实现VSG的有功及无功控制，所有控制器的主要功能为有功、无功的去耦控制，其控制原理框架如图5所示。图5中Uref和Uabc分别为参考电压、负载端电压；KPWM为等效增益；Kup、Kui分别是VSG电压环的比例系数及积分系数；Kip是VSG控制器电流环的比例系数。

图5 VSG双环控制

由图5可以看出，以VSG电压作为输出时，VSG的闭环传递函数可以表示为：

式（1）可简化为：

其中G(s)为传递函数；Z0(s)为等效阻抗。

3 算例分析

为验证控制策略的有效性，参考文献[6]中的参数设置，对VSG模型进行了仿真计算。首先对频率扰动进行仿真计算，如图6所示，先将频率设置为50 Hz，而后降至48.5 Hz，最终再恢复至50 Hz，计算此时有功功率变化情况，计算结果如图7、图8所示。当频率变化时，传统矢量控制策略并未发生变化，而VSG控制策略却可以随相应的频率而变化。