[發(fā)明專利]一種虛擬同步發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710278086.8
• 申請(qǐng)日: 2017-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN107123984B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉芳;王夢(mèng);王付勝;楊淑英;張杰;張興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種虛擬同步發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，主要步驟如下：

步驟1，先計(jì)算虛擬同步發(fā)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的采樣、調(diào)制、加載過程中產(chǎn)生的總延時(shí)時(shí)間t_d，然后求出虛擬同步發(fā)電機(jī)LC濾波器的橋臂側(cè)電感L₁；

總延時(shí)時(shí)間t_d的計(jì)算式為：

t_d＝λT_s

橋臂側(cè)電感L₁的計(jì)算式為：

其中，λ為延時(shí)時(shí)間系數(shù)，T_s為虛擬同步發(fā)電機(jī)電流采樣時(shí)間，U_dc為虛擬同步發(fā)電機(jī)直流側(cè)電壓，k_sw為光伏逆變器PWM調(diào)制電流紋波系數(shù)，為橋臂側(cè)電感電流紋波的最大值，T_sw為虛擬同步發(fā)電機(jī)開關(guān)管的開關(guān)周期；

步驟2，給出虛擬同步發(fā)電機(jī)電流控制環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)的表達(dá)式；

開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)的表達(dá)式為：

其中，G_c為電流環(huán)控制方程，K_pwm為調(diào)制系數(shù)，e為自然指數(shù)，s為拉普拉斯算子，G₁為橋臂輸出電壓到電流控制變量的傳遞函數(shù)；

步驟3，根據(jù)步驟2中給出的電流控制環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)得到其相位的表達(dá)式；

其中,為電流環(huán)控制方程G_c的相位角，ω為角頻率，為G₁的相位角；

步驟4，根據(jù)步驟1中得到的延時(shí)時(shí)間t_d，系統(tǒng)相位穩(wěn)定裕度φ_m，以及步驟3中電流控制環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)的相位給出基于穩(wěn)定裕度的諧振頻率穩(wěn)定域范圍；

其中，k為自然數(shù)，π為圓周率,f₁為橋臂側(cè)電感L₁、濾波電容C的諧振頻率；f_s為虛擬同步發(fā)電機(jī)采樣頻率；

步驟5，給定期望的控制環(huán)控制帶寬f_b，并與步驟4中的諧振頻率穩(wěn)定域范圍進(jìn)行比較，取與控制帶寬f_b最近的一個(gè)諧振頻率穩(wěn)定域范圍對(duì)應(yīng)的自然數(shù)k設(shè)為并網(wǎng)逆變器諧振頻率穩(wěn)定域選擇系數(shù)k_r，諧振頻率穩(wěn)定域范圍與控制帶寬f_b的差值最小時(shí)視為最近，若

利用加權(quán)幾何平均值計(jì)算方法求得諧振頻率f₁的取值：

其中，k₁為電壓雙環(huán)控制帶寬的權(quán)重系數(shù)，k₂為開關(guān)頻率的權(quán)重系數(shù)，開方次數(shù)K＝k₁+k₂，

若

利用加權(quán)幾何平均值計(jì)算方法求得諧振頻率f₁的取值：

其中，

步驟6，根據(jù)步驟5中得到的諧振頻率f₁，以及步驟1中得到橋臂側(cè)電感L₁聯(lián)立方程組求得濾波電容C：

步驟7，給出虛擬同步發(fā)電機(jī)功率控制環(huán)的控制表達(dá)式：

θ＝∫ωdt

U^*＝U₀+n(Q₀-Q)

其中，ω₀為給定虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率指令P₀時(shí)的額定角頻率，m為功角控制下垂系數(shù)，P為虛擬同步發(fā)電機(jī)平均有功功率，J為模擬同步發(fā)電機(jī)的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，s為拉普拉斯算子，D₁為虛擬同步發(fā)電機(jī)頻率對(duì)應(yīng)的阻尼系數(shù)，D₂為電網(wǎng)頻率對(duì)應(yīng)的阻尼系數(shù)，ω為虛擬同步發(fā)電機(jī)的角頻率，對(duì)ω積分得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的矢量角θ，U₀為給定虛擬同步發(fā)電機(jī)無功功率指令Q₀時(shí)的額定輸出電容電壓，n為無功-電壓下垂系數(shù)，Q為虛擬同步發(fā)電機(jī)平均無功功率，U^*為虛擬同步發(fā)電機(jī)端電壓，ω_g為虛擬同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)角頻率；

步驟8,根據(jù)虛擬同步發(fā)電機(jī)的額定有功功率P_N和額定無功功率Q_N，以及變換器允許的頻率波動(dòng)范圍Δω和電壓波動(dòng)范圍ΔU計(jì)算可得功角控制下垂系數(shù)m和無功-電壓下垂系數(shù)n為：

步驟9，根據(jù)步驟7計(jì)算有功功率外環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

其中，為功角傳遞函數(shù)，E為電網(wǎng)相電壓有效值，X為虛擬同步發(fā)電機(jī)每相等效輸出阻抗；

根據(jù)功率環(huán)的阻尼比ζ和振蕩頻率ω_n，計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J和阻尼系數(shù)D₁、D₂為

其中，k_d為阻尼系數(shù)比；

步驟10，虛擬同步發(fā)電機(jī)直流側(cè)儲(chǔ)能電容容量C_dc計(jì)算公式為

其中，P_N為虛擬同步發(fā)電機(jī)額定有功功率，T_hold為逆變器需要保持的時(shí)間，η為逆變器效率，U_{dc_max},U_{dc_min}為逆變器直流側(cè)電壓容許的最大值和最小值。