[發明專利]電網電壓不平衡時基于虛擬同步發電機的多目標優化控制方法

有效

• 申請號: 201710255089.X
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107154636B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 萬曉鳳;郗瑞霞;廖志鵬;詹子錄
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26;H02J3/38;H02J3/40
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

1.一種電網電壓不平衡時基于虛擬同步發電機的多目標優化控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)利用平衡電流VSG控制得到dq坐標系下的基準正、負序電流指令值；

(2)基準正、負序電流指令值再結合電網電壓不平衡參數，得到實現電流三相平衡、有功功率或無功功率無波動三個單一控制目標下，并網逆變器dq坐標系下正、負序電流指令值，進而得到各單一目標下的正、負序輸出電流指令修正值；

(3)引入優化系數，對各單一目標下的正、負序輸出電流指令修正值參數進行統一，進一步得到可實現多目標優化的正、負序輸出電流指令修正值；

(4)使用多目標優化的正、負序輸出電流指令修正值分別對并網逆變器dq坐標系下基準正、負序電流指令值進行修正，得到dq坐標下修正后的正、負序電流指令值；

(5)分別對dq坐標下修正后的正、負序電流進行跟蹤，通過調節優化系數，實現了輸出電流三相平衡，輸出有功或無功功率恒定的多目標控制，通過調節優化系數，進而實現控制并網逆變器輸出性能最優；

所述的步驟(1)為：

(1-1)基于不平衡電網電壓下，并網逆變器輸出瞬時復功率可表示為：

式中，上標“^”表示共軛，上標“+”表示正序分量，上標“-”表示負序分量，下標“dqp”表示正向同步旋轉dq坐標分量，下標“dqn”表示反向同步旋轉dq坐標分量，E_αβ為αβ坐標下電網電壓矢量，I_αβ為αβ坐標下輸出電流矢量，為正向同步旋轉dq坐標系下正序電網電壓矢量，為反向同步旋轉dq坐標系下負序電網電壓矢量，為正向同步旋轉dq坐標系下正序輸出電流矢量，反向同步旋轉dq坐標系下負序輸出電流矢量；

(1-2)根據式(1)瞬時有功、無功功率分別表示為：

式中，P₀、Q₀為有功及無功功率平均值，P_cos2、Q_cos2為按余弦分布功率波動的最大值，P_sin2、Q_sin2為按正弦分布功率波動的最大值；

(1-3)式(2)中的P₀、Q₀、P_cos2、Q_cos2、P_sin2、Q_sin2的值表示為：

式中，e、i分別為電網電壓矢量E和電流矢量I的瞬時值；

(1-4)輸出電流三相平衡時，通過式(2)、(3)得到dq坐標系下的基準正、負序電流指令值為：

式中，下標“dp”表示正向同步旋轉d軸分量，下標“qp”表示正向同步旋轉q坐標分量，下標“dn”表示反向同步旋轉d軸分量，下標“qn”表示反向同步旋轉q坐標分量；

所述的步驟(2)為：

(2-1)平衡電流VSG控制中，利用功率給定值通過有功-頻率、無功-電壓控制，得到逆變器側輸出電壓幅值U和相位角θ，再結合電網電壓正序分量、線路總電感內阻及總電感計算得到正序電流指令值，由于電流平衡時，負序電流分量為零，所以正、負序電流指令值等價于式(4)中的正、負序電流參考值，為：

式中，下標“dp”表示正向同步旋轉d軸分量，下標“qp”表示正向同步旋轉q坐標分量，下標“dn”表示反向同步旋轉d軸分量，下標“qn”表示反向同步旋轉q坐標分量；

(2-2)消除有功功率波動時，基準正序電流指令值結合不平衡參數得到正、負序電流指令值為：

式中：k_qd、k_dd為電網電壓不平衡參數，

(2-3)消除無功功率波動時，基準正序電流指令值結合不平衡參數得到正、負序電流指令值為：

式中：k_qd、k_dd為電網電壓不平衡參數，

(2-4)因平衡電流目標下無需對平衡電流VSG的電流指令值進行修正，所以，正、負序輸出電流指令修正值為：

(2-5)通過對比式(5)與式(6)，可得在電網不平衡參數固定時，有功功率恒定的電流正、負序指令值與平衡電流VSG的電流指令值之間存在固定關系，正、負序輸出電流指令修正值為：

式中：上標“～”表示電流分量修正值，為平衡電流VSG控制得到的正序電流指令值，

(2-6)同理，利用式(5)與式(7)，可得無功功率恒定時，正、負序輸出電流指令修正值為：

其中：上標“～”表示電流分量修正值，為平衡電流VSG控制得到的正序電流指令值，

所述的步驟(3)為；

(3-1)通過比較式(8)、式(9)與式(10)發現，在實現不同控制目標時，正序、負序電流指令修正值存在統一的形式為：

式中，λ為優化系數，λ∈[-1,1]；當λ＝1時，可以實現抑制輸出瞬時有功功率二倍電網頻率波動控制目標，當λ＝-1時，可以實現抑制輸出瞬時無功功率兩倍電網頻率波動，當λ＝0時，可實現輸出電流三相平衡；同時，當λ∈(0,1)時，可以協同抑制瞬時有功功率及三相電流平衡；當λ∈(-1,0)時，可以協同抑制瞬時無功功率及三相電流平衡；

所述的步驟(5)為：

(5-1)平衡電流VSG控制中，調節優化系數λ＝0，需對電流正、負序分量指令值分別進行跟蹤，將正負序電流指令分別送入正、負序前饋解耦PI控制環，得到dq坐標下的正負序電壓調制信號，再將其轉換為abc坐標下的電壓調制信號，經過正弦脈寬調制后驅動開關管通斷，從而得到對應的逆變器側輸出三相電壓，實現逆變器輸出電流平衡；

(5-2)有功功率恒定VSG控制中，調節優化系數λ＝1，通過對修正后的電流指令值進行跟蹤，即可實現有功功率恒定的控制目標；

(5-3)無功功率恒定VSG控制中，調節優化系數λ＝-1，通過對修正后的電流指令值進行跟蹤，即可實現無功功率恒定的控制目標；

(5-4)調節優化系數λ∈(0,1)時，可以協同抑制瞬時有功功率波動及平衡三相電流；

(5-5)調節優化系數λ∈(-1,0)時，可以協同抑制瞬時無功功率波動及平衡三相電流。